分布式多参数光纤传感技术研究进展

分布式光纤传感系统利用光纤既能传感又能传输信号的特性实现对光纤沿线振动、应变、温度等物理量的长距离连续测量,在周界安防、电网管道监控、大型结构健康监测等领域具有十分广阔的应用前景。上述的实际应用中,事件或故障的发生通常表现为振动、应变以及温度等物理量的改变,振动的探测频响高低、应变探测的动态响应能力以及多参数的同时测量都会影响事件的定位或预警。因此,振动的宽频测量、应变的动态测量以及多参数测量,对事件定位和信息完整捕获起着至关重要的作用,能够推动分布式光纤传感的应用发展。本文介绍了近年来在分布式光纤传感系统中,基于瑞利散射的宽频振动测量、基于布里渊散射的应变动态测量以及基于多散射的多参数测量取得的研究进展。

     

分布式光纤温度传感的拉曼散射理论分析

本文比较系统地分析了光纤中泵浦光向拉曼斯托克斯光转换的过程,同时讨论了斯托克斯光随注入泵浦光变化的情形,引入了泵浦阈值功率的概念,为分布式光纤温度传感器系统打下了理论基础。     

脉冲激光远程投送的分布式光纤拉曼温度传感系统

传感光纤分成了前后两段,脉冲激光通过光分路器分成大小不同的两路分别注入前后段传感光纤,后段传感光纤的脉冲激光并不是通过前段传感光纤注入,而是通过一条专用的传输光纤远程投送一段距离后通过波分复用器再注入,该方法能有效提高后段传感光纤的拉曼散射信号强度,从而避免了温度解调精度随传感距离的增大而不断劣化的问题。系统实现了22.7 km的传感距离,前后段传感光纤测温精度±0.5℃。     

分布式光纤传感技术在油井中的应用

在稠油开采中,为了合理地注汽、注水采油,需要对注汽井或生产井进行井下温度测试,利用光纤进行油井分布式温度测试是近年发展起来的一项新技术,与其它井温测试方式相比有无可比拟的优势。光纤传感器具有数据传输速度快和测试温度高的能力,它属于无源传感器,不受电磁辐射的影响,运用此技术可连续测试生产油层的温度,这项技术能够用于油井的监测。对2010年欢采齐40井的具体实例分析,为甲方提供可靠的温度数据,通过近几年应用取得了较好的效果。     

分布式光纤传感技术应变测量试验研究

基于布里渊散射原理的布里渊光时域反射技术利用布里渊散射光的光谱技术和光时域测量技术,可对光纤沿线的温度、应变进行分布式监测。通过试验研究了分布式光纤传感技术在应变测量中的空间分辨率、应变分辨率、应变测量精度。研究结果表明,分布式光纤传感技术应变测量能够较准确地测得被测量结构上任何一点的应变,空间最小分辨率0.1m,应变测量分辨率和精度满足工程监测要求,可以在工程监测中作为一种新型分布式应变监测技术加以推广。     

分布式光纤拉曼放大器研制的进展

对分布式光纤拉曼放大器研究的历史、基本原理、优化设计以及现状和进展进行了讨论.对S波段的色散补偿型分布式光纤拉曼放大器以及采用光纤拉曼激光器作为抽运源,在前向抽运和后向抽运条件下,对5kmDCF-50kmG652光纤色散补偿型分布式光纤拉曼放大器增益光谱和噪声谱进行了研究.设计和制作了光纤光栅的增益平坦滤波器,取得了较好的增益平坦效果.FRA-1型分布式光纤拉曼放大器在校园网进行了应用试验,取得了较好的试验效果.     

分布式光纤传感温度报警系统

研制了一种由分布光纤温度传感器系统组成的新型在线自动温度检测，报警系统，它是一种特殊的光纤通信网络，也是一种光纤雷达。文中讨论了系统的工作原理、调制与解调原理，系统的组成结构和系统的报警特性。在一根２ｋｍ光纤上可采一千个温度信息并能进行空间定位，是一种理想的温度报警系统。     

基于拉曼散射的分布式光纤传感系统真空低温热沉环境温度梯度测量

新型分布式光纤温度传感器具备电类温度传感器所不具有的独特优势,扩展了温度测量在真空低温环境中的应用领域。在真空低温热沉环境下使用分布式光纤温度传感器进行温度梯度测量。传统热电偶温度传感器和分布式光纤温度传感器布置在同一双层铝板结构中,铝板以及传感器放置在真空低温热沉环境中。铝板由加热片进行控温,以实现真空低温热沉环境下不同温度梯度的测量。对两类传感器所测铝板的温度数据进行分析,结果表明,基于拉曼散射原理的分布式光纤温度测量系统能够对真空低温热沉环境下的温度梯度实现精确测量,可以满足低温工况下工件的温度测量。     

采用分布式光纤传感技术的土坝模型渗漏监测分析

海底隧道应采取堵水限排的地下水处理方式,为了研究堵水限排海底隧道围岩压力、初期支护水压力和钢拱架内力在施工阶段的变化规律,结合厦门海底隧道工程,对施工现场的围岩压力、初期支护后水压力和钢拱架内力进行实时监测。研究表明,初期支护在施工阶段有较高的安全系数,止水超前注浆和初期支护背后注浆对海底隧道非常有必要。在堵水限排情况下,通过加强注浆等工程措施,初期支护水压力可降至静水压力的1/3。通过对施工现场排水量的监测与分析,提出了排水量控制标准,厦门海底隧道软弱围岩地段的排水量应按照0.25 m3/(m.d)控制。研究成果在厦门海底隧道中得到了验证和应用。     

基于普通光纤的分布式温度传感系统

介绍了一种以标准多模光纤代替高掺锗的特种光纤作为感光纤的分布式光纤温度传感器系统。应用系统进行温度测量取得了较好的实验结果。     

光栅尺解调的分布式光纤光栅传感系统

提出了一种新的利用光栅尺解调一组光纤光栅布喇格波长移动的系统。当光纤光栅所受的应力或温度发生变化时,光纤光栅的布喇格波长会变化(移动)。本系统利用一组光纤光栅作为敏感元件置于被测场中;利用另一组光纤光栅作为跟踪元件,跟踪从作为敏感元件的光纤光栅反射回来的布喇格波长的移动。当作为跟踪元件的光纤光栅的布喇格波长与作为测量元件的光纤光栅的布喇格波长对准时,探测器探测到最大的光强,此时,记下光栅尺的输出作为系统的测量结果。采用数字化的方法确定反射回来的布喇格波长的峰值点,从而提高系统的测量精度,使系统的测量线性大于0.999。并利用一个测量分辨率为0.01μm的光栅尺读出系统的测量结果,使本系统对光纤光栅布喇格波长移动的测量分辨率小于1μ应变量。     

光纤水声传感技术

光纤水声传感器也称为光纤水听器。它具有灵敏度高,损耗小,频带宽等多种优点。光纤水听器的发展也异常迅速,多种新型的光纤水听器的研究也正走向成熟。本文对各种光纤水听器的结构和原理进行了详细的介绍,对其进行了讨论和比较,并预测了光纤水听器的发展前景。     

长距离分布式布里渊光纤传感关键技术进展分析

布里渊光纤传感通过光纤中受激布里渊散射效应实现温度和应变测量,具有空间分辨率高、传感距离长和测量精度高等特点,因此分布式布里渊光纤传感成为近年的研究热点。本文通过对长距离分布式布里渊光纤传感研究进展的调研和分析,概括了长距离布里渊传感面临的主要限制因素和解决的关键技术,重点介绍了基于时分复用、频分复用、脉冲编码、宽带频率调制和图像处理算法的长距离布里渊光纤传感技术。随着长距离布里渊光纤传感器的实际工程化,对于快速测量的需求愈发显著,这将是未来长距离布里渊光纤传感的主要研究方向。

     

基于分布式光纤传感的堤坝形变监测系统设计

针对大型堤坝长距离,大范围和形变隐患实时监测的难题,本文提出采用分布式受激布里渊散射光纤传感技术的监测系统,介绍了分布式光纤传感实验仪的数据采集原理,分析了数据结构流程,以黄河堤坝的监测为例,构建了基于Omnisens的DiTeSt分布式光纤传感仪的监测系统;监测系统的数据库由原始传感数据源、数据库、用户输出和用户操作四部分组成,能对实时监测和历史数据进行处理和管理,为堤坝安全监控专家系统提供重要资料和决策依据.     

光纤拉曼放大器技术的进展

本文对拉曼光纤放大器的原理、历史、现状和前景进行了讨论 .     

基于拉曼散射分布式光纤测温系统的理论分析

对分布式光纤测温系统涉及的光时域散射技术与自发拉曼散射进行理论分析,给出拉曼散射的定量描述,论述了斯托克斯拉曼散射光与温度的关系,纠正了斯托克斯光与温度无关的错误认识,统一了理论与实际应用中关于斯托克斯光与温度关系的认识,最后确定了利用反斯托克斯拉曼散射光功率曲线解调瑞利散射光功率曲线的表达式,为分布式光纤测温系统进行温度解调提供参考.     

分布式光纤传感温度测试系统性能标定方法

正一、引言分布式光纤温度传感系统是一种用于实时测量空间温度场分布的传感系统,实质上是分布光纤拉曼(Raman)光子传感器(DOFRPS)系统,它是近年来发展起来的一种用于实时测量空间温度场的光纤传感系统。本文拟在简要阐述分布式光纤监测技术和分布式光纤温度监测技术及其校准原理的基础上,对分布式光纤传感温度测试系统性能标定方法进行介绍,为该系统在工程结构监测中的应用提供借鉴。     

远程分布式光纤温度传感系统的设计和制造

为了测量长距离大范围空间分布温度场,设计制造出30km远程光纤温度传感器。基于光纤放大的反斯托克斯背向拉曼自发散射测温原理,对系统进行了优化设计。用1550nm掺铒光纤激光器作为抽运源,采用高速瞬态波形采样技术,累加平均等信号处理技术,解决了远处背向反斯托克斯弱信号的检测问题。采用了智能化恒温技术,使主要元器件在恒温条件下工作,解决了工程应用中环境的适应性。远程分布光纤拉曼温度传感器系统已达到的主要技术指标如下:光纤长度31km,测温范围0-100℃(可扩展),温度测量不确定度为±2℃,温度分辨力为0.1℃,测量时间为432s,空间分辨力为4m。