基于BOTDA传感技术的空间分辨率研究

空间分辨率是BOTDA传感系统的一个重要参数,其主要取决于泵浦脉冲光的宽度。为了提高BOTDA系统的空间分辨率,在不改变泵浦脉冲光宽度的情况下,采用螺旋式盘绕传感光纤的方法,分析了布里渊散射传感原理,理论上分析采用螺旋式盘绕光纤对提高实际测量空间分辨率的影响。实验中泵浦脉冲光宽度为10 ns,BOTDA系统采样间隔为0.4 m。采用1 m长螺旋式盘绕传感光纤监测0.5 m管线轴向温度分布,监测空间分辨率为0.5 m。分析结果表明,采用螺旋式盘绕光纤更有利于提高监测管线温度场的空间分辨率。     

三阶双向RFA的Φ-OTDR传感距离分析仿真

喇曼光纤放大器(RFA)可有效地提高相位敏感光时域反射计(Φ-OTDR)系统的传感距离。为了进一步提高Φ-OTDR的系统传感距离,采用粒子群优化(PSO)算法对三阶双向RFA的泵浦光功率取值进行优化,计算了基于三阶双向RFA的Φ-OTDR系统理论最远传感距离,并设计了仿真实验。仿真分析结果表明:当探测脉冲宽度大于200 ns时,Φ-OTDR系统经三阶双向RFA放大传感距离可达到200 km以上。     

复合光纤对φ-OTDR振动传感远程敏感

为了避免在高功率脉冲下产生光纤非线性效应和前端振动不敏感,采用了一种复合光纤的新型光纤传感结构方法,进行了理论分析和实验验证.使用多模光纤与单模光纤的混合作为传感光纤的方法,通过处理不同功率脉冲下的传感信号,取得了光纤传感的距离数据,并针对多模光纤在喇曼系统的传感作用,对其传感特性进行了讨论.结果表明,该新型复合光纤传...     

激光融血栓冲击波中的光纤光栅监测研究

根据Rayleigh-Plesset气泡动力学模型分析了激光融血栓过程的冲击波,在离体实验中设计了光纤光栅传感系统实现冲击波监测.激光融血栓系统利用激光脉冲使血液空化,发出冲击波并使血栓消融,血栓的存在与否将影响冲击波产生和传播.根据这个性质,光纤光栅传感系统以窄线宽激光器为光源,采用边缘滤波法解调反射波长,实现了冲击波的动态测量.离体实验测量结果表明,该传感系统可对血栓的存在状态实现有效地监测.     

新型大容量光纤光栅传感解调系统研究

采用自主研发的可调谐窄带光源和光波分复用联合空分复用技术研究并实现了新型大容量光纤光栅传感解调系统。实验结果表明,系统可实现32通道超过600个监测点的实时并行监测,有效提高了传感解调系统的系统容量和信噪比,可满足大型工程对光纤光栅传感系统的应用需求。     

实验证明光孤子传输超过越洋距离

美国AT&T贝尔实验室使用锁模激光器作光源,以2.4Gbit/s的速率保持光孤子传输的实验证明可大于越洋距离(12000km)。该实验线路由长25km的色散移位光纤循环回路和直接抽运的铒掺杂光纤放大器组成。有效脉冲宽度和测量距离的增加与理论预测相符。实验证     

基于可调谐激光器的复用传感系统的研究

为了克服复用传感系统中光源带宽及功率的制约,有效地扩大多点检测的范围,采用波分和时分复用传感技术,设计了可调谐光纤激光器作为传感系统的光源.基于耦合模方程的理论,对匹配光栅调谐光纤激光器波长扫描寻址解调方法进行了理论分析和实验研究.实验中采用可调谐光纤激光器对由4个光栅组成的两个光栅串成功地进行了波分和时分复用传感,实验获得的应变分辨率为2.9με/step.该传感系统具有经济实用性、信噪比高、可复用数目大等特点,对于多点检测的传感网络具有较大的实用价值.     

高空间分辨率长距离分布式光纤振动传感系统

正相位敏感光时域反射仪(φ-OTDR)以其具有动态监测性能而被广泛研究。在传统φ-OTDR中,传感距离和空间分辨率存在矛盾的关系。光纤中脉冲光功率受限,且空间分辨率由脉冲宽度决定,而脉冲宽度的减小会导致传感距离减小。目前,大多数φ-OTDR系统在传感距离大于10km时,空间分辨率仅能达到数米至数十米。本课题组提出的扫频脉冲(FSP)φ-OTDR采用扫频脉冲作为探测光,在接收端对信号进行类似     

基于外差解调的分布式光纤传感系统设计

提出了一种基于双脉冲外差解调的分布式光纤传感系统。从理论上分析了系统的传感原理及信号解调方法。根据系统结构及原理,搭建了双脉冲外差分布式光纤传感实验系统,并进行了初步的实验研究。实验结果表明,在传感距离为300m的情况下可以将末端施加的干扰信号解调出来。     

基于脉冲光的布里渊散射阈值分析

针对连续分布式布里渊光纤传感器的传感特性与阈值问题,根据光纤中泵浦光与斯托克斯光之间耦合波方程,推导出布里渊散射阈值的关系式,通过计算分析该关系式与入射光的脉冲宽度、光纤半径和温度的关系,提出了基于脉冲光布里渊散射的阈值理论估算模型。在实验中,利用布里渊光时域反射仪系统,得出了脉冲光布里渊阈值特性,并与理论模型的结果进行对比分析,实验证明了该脉冲光阈值模型的结果与实验得到的布里渊阈值能够较好的吻合。     

小波分析在恶劣环境光纤传感中的应用(英文)

光纤光栅是通过外界物理参量对光纤布拉格波长的调制来获取传感信息的,是一种波长调制型光纤传感器。现代光纤传感系统的应用领域要求光纤传感器能适用于各种极端恶劣复杂环境,并在恶劣环境中实现高精度高灵敏度的检测。现有很多方法可用于光纤光栅的波长检测,但这些方法的精度都受限于不同的光噪声。如果光纤光栅检测系统的光源采用激光光源,信号功率可大大增强,但多余反射会产生有害干扰信号,限制光栅的波长解调精度。论文采用理论仿真和实验验证的方式将小波分析用于恶劣环境中的光纤传感信号的去噪。仿真和实验结果表明,小波分析处理方法可有效降低系统检测误差,提高测量精度和系统信噪比,满足恶劣环境中光纤传感检测的性能要求。     

光纤位移传感技术的建筑物结构参数测量研究

针对常规方法采集建筑物结构传感信号时,接收的反射信号相位差不明显,导致建筑物结构距离位移、角度位移测量精度较差的问题,设计基于光纤位移传感系统的建筑物结构参数测量方法。将系统的光纤位移传感器,放置在建筑物结构固定端和相对变化端,采集传感区域光纤信号。设置系统调制信号最优频率,保证反射信号相位差变化明显。根据解调的光纤信号相位差,测量建筑物结构内部光纤应变,得到结构参数位移变化量。设置对比实验,分别监测建筑物结构沉降、滑动、倾斜,结果表明,设计方法相比常规方法,降低了距离位移和角度位移测量值误差,提高了测量值与实际位移量的相关性和线性度,充分保证了建筑物结构参数测量精度。     

基于氢气填充空芯光子晶体光纤的全光纤型气体拉曼光源特性

理论和实验研究了调Q光纤激光脉冲抽运基于氢气填充空芯光子晶体光纤气体腔的全光纤型气体拉曼光源的特性。抽运光脉冲波长为1064.7nm时,产生的Stokes频移光波长为1135.7nm。理论和实验结果均表明,产生的Stokes频移光脉冲宽度远小于抽运光脉冲,并且,Stokes频移光脉冲宽度随抽运光脉冲能量的提升而增加。此外,减小抽运光脉冲宽度,可以降低拉曼阈值抽运能量、提高Stokes频移光的转换效率。在重复频率为5kHz、脉冲宽度为125ns的调Q光纤激光脉冲抽运下,实验测得拉曼阈值抽运能量和拉曼阈值点处转换效率分别为2.13μJ和9.82%。     

利用双激光光源监测甲烷浓度的光吸收法光纤传感器

基于Lamber -Beer定律 ,利用波长为 1.3 3 μm的脉冲lnP/InGaAsP半导体激光器作为测量光源 ,用低损耗的光纤进行光信号的传输并以钽酸锂热释电探测器作光电转换器件 ,设计出了一种新颍的远距离监测甲烷浓度的光纤传感系统。以此光纤传感系统为探头 ,设计出了一种可实时监测甲烷浓度的仪器 ,并能实现 3km的远距离遥测。介绍了该光纤传感系统及由该光纤传感系统构成的监测仪器的基本结构与工作原理 ,讨论了其中的技术难点及其相应的解决方法 ,并给出了监测仪器相应的技术指标     

高分辨率光纤光栅温度传感器的研究

报道了一种具有高分辨率和高效且价廉的解调系统的光纤布拉格光栅(FBG)温度传感器.提出了光纤光栅的金属槽封装技术,以提高传感光栅的温度灵敏性.研究了金属槽封装光栅的温度灵敏性,理论分析和实验结果表明,封装光栅的温度灵敏系数比普通裸光栅提高了3.6倍.系统利用一长周期光栅(LPG)作为线性滤波器,宽带光源经此长周期光栅调制后入射到传感光栅,可解调布拉格传感光栅的波长位移.理论分析与实验结果一致,系统可达到的温度分辨率为0.02℃.     

分布式光纤传感双通道调制光源设计与测试

为了满足布里渊光时域分析(BOTDA)光纤传感系统需要频差为布里渊频移的两种激光输出光源的需求,采用布里渊环形腔频移和电光调制的方法设计了双通道光源系统。根据光源的脉冲宽度、重复频率、扫频量等参量,对双通道调制光谱输出进行了仿真,并采用现场可编程门阵列配合直接数字式频率合成器技术的方案建立了系统实验装置,实现了脉冲探测光和扫频抽运光两种激光输出。脉冲探测光输出最小脉宽达10ns,扫频抽运光输出扫频范围达0MHz~90MHz,扫描频率步进值为30Hz,时间步进为1.6s。结果表明,该光源技术参量满足BOTDA系统的要求,不需引入高频微波信号源等高速器件,信号采集模块可采用100MHz以下光电探测器件实现,降低了系统成本。     

光子晶体光纤产生紫外超连续谱的数值研究

提出了一种基于高非线性氟化镁光子晶体光纤产生紫外超连续光源的方法。采用分步傅里叶法求解光纤的非线性薛定谔方程,基于光子晶体光纤数值模拟了扩展到紫外波段的超连续谱的产生;通过分析光纤结构参量与泵浦光源参数对紫外超连续谱产生的影响,得出了光纤长度、色散参量以及泵浦脉冲峰值功率、初始脉冲宽度对超连续谱光谱宽度的影响规律。研究发现:当光子晶体光纤长度为8 cm、脉冲中心波长为450 nm、峰值功率为3.1 kW、初始脉冲宽度为40 fs时,可获得展宽至紫外的超连续谱,范围为279.6～769.0 nm。     

120km长距离分布式光纤振动传感系统

针对输电线路等场景的超长距离监测应用问题,文章在分布式光纤相位敏感光时域反射仪的基础上,采用拉曼放大和外差检测的方式,设计了一种光电信号分段探测和采集的光纤传感系统.该系统依据光纤长度将光纤分为两段进行信号采集和处理,针对不同强度信号适配相应的信号处理和采集参数,解决了超长距离监测系统的动态范围不足和信噪比差的问题.经...     

OCDMA编解码器性能与光源占空比的关系

对OCDMA系统性能与光源占空比的关系进行了理论分析,提出了分析等效相移超结构光纤光栅编解码器的结构参数与光源脉冲宽度关系的定量分析方法,利用MATLAB仿真软件计算分析了光源占空比对编解码器性能的影响.计算分析表明:光源占空比直接影响到编解码性能.考虑到窄脉宽光源高昂成本的因素,提出了在低成本高占空比的情形下的改进设想.     

用于变电站外破监测的Φ-OTDR系统高速数据采集设计及实现

针对大型变电站的安全监控和破坏预警问题,采用基于相位敏感型光时域反射原理(Φ-OTDR)的分布式光纤振动传感系统,融合FPGA与USB3. 0技术开展传感数据的实时采集与高速传输,并通过实验分析了振动信号典型特征,进而实现变电站的外破实时监测。实验结果表明,实验室内已实现在总长20. 78 km的传感光纤上进行振动信号的高速采集,并达到了小于20 m定位精度和高于10 d B的信噪比。该技术对于变电站的周界振动信号具备精细的定位精度,多点的定位能力和快速的响应时间。