布里渊散射分布式光纤传感技术的研究进展

阐述了基于布里渊散射的分布式光纤传感技术测量光纤温度/应变的基本传感原理。介绍了基于光时域反射仪发展起来的几种传感技术,布里渊光时域反射(BOTDR)、布里渊光时域分析(BOTDA)、布里渊光频域分析(BOFDA)分布式光纤传感技术,特别对BOTDR的原理和典型系统方案进行了详细的介绍。最后,叙述了基于布里渊散射的分布式光纤传感技术当前的进展和趋势。     

分布式光纤传感专利技术浅析

介绍了分布式光纤传感领域的技术发展概况,重点介绍基于布里渊散射的分布式光纤传感技术的发展情况,分别对基于布里渊光时域反射技术、基于布里渊光时域分析技术、基于布里渊光频域分析技术的发展和应用进行详细介绍,简要分析各个技术的相应优缺点以及应用,之后对分布式光纤传感相关专利技术进行统计分析,对国内外专利申请量趋势、同领域主要申请人以及申请所属分类号进行简要分析,并概述了分布式光纤传感的发展前景.     

基于相干检测的偏振光时域反射光纤振动传感系统

提出将相干检测技术和偏振光时域反射技术POTDR(Polarization Optical Time Domain Reflectometry)相结合,利用相干检测技术的高探测灵敏度和偏振光时域反射技术中偏振态对外界环境敏感的特点,实现光纤分布式传感,测量微弱振动信号并实现定位功能.首先分别介绍了相干检测技术及其与POTDR相结合的相关原理,分析可行性,然后提出实验测试方案并搭建了测试系统.实验结果表明,基于相干检测技术的POTDR传感系统能成功地实现振动信号的探测和振动点的定位功能,这对于光纤分布式传感系统的进一步发展具有重要意义.     

增强偏振光时域反射计灵敏度的光缆布设方案研究

偏振光时域反射计(POTDR)通过探测光纤中光波偏振态的变化,可实现对光纤所受扰动的分布式测量,在周界安防领域有巨大的应用潜力,外界扰动在光纤上的作用方式对POTDR的灵敏度有重要的影响,在传统 POTDR的基础上,研究了光缆的布线方式对传感系统灵敏度的影响,通过分析对比外界作用力与光纤感生双折射之间的关系,设计了两种可以提高POTDR传感灵敏度的布线方案。实验结果表明,以一般的平直式布线方式为对照,在同样的外界扰动影响下,本文提出的两种光缆布线方案,均可极大提高POTDR的传感灵敏度,对扰动事件的报警率从50%提高到了90%以上。     

光纤分布式扰动传感器信号检测系统研究

设计了一种以FPGA作为数据处理核心,基于相位敏感光时域反射计(Φ-OTDR)的光纤分布式扰动传感器信号检测系统。该系统具有数据采集、处理、存储、通信以及液晶显示功能。扰动信号检测算法采用多周期等距累加相减法。通过阈值判定实现扰动信号的判别,并可以同时显示传感光纤长度范围内不同位置的扰动。实验证明,该系统内部数字处理部分可以实现信号检测算法以及扰动阈值判定功能。     

分布式光纤布里渊温度传感系统的试验研究

基于布里渊光时域反射计(BOTDR)的传感原理,构建了分布式光纤布里渊温度传感测量系统,对4.25 km长度的光纤进行了温度传感试验。通过对试验结果的分析表明:该系统可以实现一定长度的光纤定点、定量的受热温度测量分析。对测量结果采用归一化方法处理,使测量结果更直观,分析快捷,精度更高。     

基于光纤网络的全分布裂缝检测技术研究

提出了一种基于光时域反射技术(OTDR)的全分布式光纤传感网络新型裂缝检测传感器.该传感器可以在不知道混凝土裂缝位置、裂缝与光纤夹角的情况下对裂缝进行监测,检测范围可根据实际需要对传感头进行灵活设计;并对其进行了传感特性试验,结果表明该传感器的最小检测裂缝宽度可达0.05 mm,并根据传感头1#和传感头2#测得的试验数据拟合光纤损耗与裂缝宽度的关系分别为αc1=760(12-ΔL)-1exp(-0.04(ΔL-12)2)、αc2=1 600(12-ΔL)-1exp(-0.04(ΔL-12)2),该实验结果可作为对全分布式光纤传感器进一步研究的参考.     

一种对偏振敏感的光频域反射光纤布拉格光栅传感系统解调方案

为解决光纤光栅传感系统对横向应变的测量问题,提出了一种基于光频域反射技术的对偏振敏感的准分布式光纤布拉格光栅传感系统解调方案,该方案通过跟踪光纤光栅传感系统的偏振相关损耗为横向应变的测量提供信息.建立了系统的理论模型,分析了均匀光纤布拉格光栅在准分布式系统中的偏振特性以及偏振敏感的解调系统原理,讨论了该方案在测量横向应变的优越性,以光栅长度和双折射量值作为参数,对传感系统的偏振相关损耗变化规律进行研究.研究结果表明,本文提出的方案可以为在准分布光纤光栅传感系统中根据偏振相关损耗的变化实现对横向应变的准确测量提供理论依据.     

全分布式光纤温度传感器研究的进展及趋势

综述了基于光时域反射和光频域反射的分布式温度光纤传感器的原理、技术以及最新的研究进展 ,并在此基础上分析了温度光纤传感器的发展趋势。     

一种管道泄漏检测系统设计

为了能够实时、低成本地检测城市供水管网的非正常泄漏情况,设计了一种基于光时域反射仪(OTDR)的新型分布式光纤传感器网络。该网络系统主要由遇水膨胀橡胶颗粒、光纤、OTDR等组成。橡胶颗粒因吸收管道泄漏的水而膨胀,导致传感光纤发生宏弯曲。光纤宏弯曲效应引起传播光线的瑞利散射突变,OTDR通过检测这种突变来判断管道是否发生泄漏,并计算泄漏点到探测器的距离。试验结果表明,这种分布式光纤传感器网络灵敏度高、实时性好;一旦管道发生泄漏,OTDR就可以立即检测到,并计算出泄漏点的位置。该系统不仅适应性好,能布放在已有的各种供水管道系统中,而且具有良好的开放性;其拓扑结构能够随所需检测的管网变化,OTDR可以随技术进步不断升级。     

电光调制器在光波偏振态检测中的应用

本文提出了检测光波偏振态的一种新方法，即电光调制法，此方法可以由单一光路实现对光波偏振态分时检测，对直流电流传感器信号的检测实验表明，被测电流与检测信号之间存在的良好的线性。     

基于大数据分析的低频电磁信号光纤传感检测装置设计

为了提高低频电磁信号光纤传感检测能力,提出一种基于大数据分析的低频电磁信号光纤传感检测装置,采用光纤传感器进行低频电磁信号采集,构建低频电磁信号的时频特征分析模型,提取光纤传感检测的低频电磁信号谱特征量,采用大数据融合方法进行光纤传感检测的低频电磁信号谱特征融合,构建光纤传感检测的低频电磁信号时频分解模型,采用快速分数阶傅里叶变换实现低频电磁信号光纤传感检测和噪声分离,结合盲源检测结果,提高对低频电磁信号的光纤传感检测能力。仿真结果表明,采用该方法进行低频电磁信号光纤传感检测的准确性较高,联合感知能力较强,信号的主瓣展宽较高,说明检测的抗干扰性较好。     

基于分布式光纤传感的热网膨胀节膨胀量测量方法

在热力管网中,膨胀节作为缓冲管道的关键部分,极易因变形扭曲引发泄漏故障,进而致使热网瘫痪.实时准确测量膨胀节的膨胀是评估管网健康状态的有效途径.对此,本文提出一种基于分布式光纤传感技术的膨胀节膨胀量的新型检测方法,建立了膨胀量检测模型,并通过实验验证了方法的有效性.研究结果表明,测量误差随着光纤绕制圈数增大而减小,通过调节绕制圈数,可以将误差范围控制在3%以内.这不仅为热网膨胀节的膨胀量检测提出了一种新思路,同时也为分布式光纤传感技术在热网健康状态检测领域的应用奠定了一定的理论基础.     

荧光寿命的相敏检测技术的研究􀀂

针对光纤荧光温度传感器中影响系统精度的关键技术荧光寿命检测技术进行研究,用相敏检测技术对光纤荧光温度传感器的荧光寿命进行检测,提出了用希尔伯特变换技术改进基本的相敏检测技术,推导出了基于希尔伯特变换的荧光寿命相敏检测的数学模型,该方法省去了低通滤波器,对激励光泄漏有一定的抑制作用,试验表明,该方法是有效的,达到了系统的要求.     

基于布里渊散射的光纤传感系统性能分析

根据布里渊光纤时域分析(BOTDA)传感系统连续光谱谱宽较宽的特点,分析了光源强度噪声对直接检测BOTDA光纤传感系统性能的影响,结果表明,连续光源的强度噪声造成系统信噪比的急剧下降.另外,根据布里渊光纤时域反射(BOTDR)传感系统信号很弱的特点,分析了非相干外差检测和带前置光放大器的直接检测BOTDR传感系统的信噪比.     

Polypyrrole thin film fiber optic chemical sensor for detection of VOCs

A fiber optic reflectance sensor (FORS) using Polypyrrole (PPy) conducting polymer to detect volatile organic compounds (VOCs) is demonstrated. The conventional interfacial polymerization method is used to synthesize a sensitive polypyrrole membrane, which shows relatively low roughness and high reflectivity. In general the changes in electrical properties of conductive polymers are explored in sensing applications, however their optical properties have been less explored. In the present study, we evaluate the optical properties of PPy and transfer on the end face of polymer optical fiber (POF) for the detection of VOCs. The change in the reflected optical signal from PPy upon interaction with the VOCs is systematically evaluated. The fabricated PPy FORS shows the excellent sensitivity to the VOCs under test with the detection limit up to 1 ppm.     

MZI型MOEMS压力传感器的研究

集成光学压力传感器利用幅度、相位、折射率分布、光程和光波极化方式的改变来感应外部压力。设计了马赫-曾德尔干涉仪（MZI）型微型光机电系统（MOEMS）压力传感器,探讨了工作原理,分析了弹性薄膜尺寸对应力的影响和波导中TE、TM模式的光对波导折射率的影响。通过设计弹性薄膜的尺寸和选用特定波长的单模激光,得到传感器的工作特性。     

全光纤干涉型传感技术

介绍了全光纤干涉型传感技术原理、典型传感结构。对重要技术参数灵敏度进行了讨论。给出了典型测试系统构造方案。     

A CMOS optical detection system for point-of-use luminescent oxygen sensing

This work describes a stable and sensitive optical oxygen sensor based on a consumer CMOS image sensor array and polarization signal isolation. The consumer CMOS image sensor is inherently color discriminating, while the polarization is a wavelength-independent scheme for filtering excitation light. Combination of these two components generates a compact, multi-color detection system applicable to luminescence-based sensing. The optical system is applied to point-of-use oxygen sensing based on quenching of platinum octaethylporphine (PtOEP) luminophore. Sensitivity of the demonstrated portable oxygen sensor is comparable to that of benchtop spectroscopy-based systems. Taking advantage of the spatial resolution of the CMOS image sensor, an oxygen insensitive reference can be integrated to improve the reliability when powered by a battery. The low-cost and high sensitivity of the demonstrated optical sensing approach make it promising for point-of-use applications.