分布式光纤温度传感器与其性能参数检测方法的研究

分布式光纤温度传感器（DTS）是近年来开始研究的新型传感技术。基于光纤后向散射现象和光时域反射理论,它能在整条光纤的长度上,以距离的连续函数形式测量出光纤上各点的温度值。文章对分布式光纤温度传感器测温原理进行了分析并提出了DTS性能参数检测方法。     

分布式光纤温度传感器与其性能参数检测方法的研究

分布式光纤温度传感器（DTS）是近年来开始研究的新型传感技术。基于光纤后向散射现象和光时域反射理论,它能在整条光纤的长度上,以距离的连续函数形式测量出光纤上各点的温度值。文章对分布式光纤温度传感器测温原理进行了分析并提出了DTS性能参数检测方法。     

一种新型解调法的光纤布里渊温度传感系统

在基于瑞利散射和布里渊散射强度解调的分布式光纤布里渊温度传感系统中,为了抑制系统温漂和光纤中的应力等噪声因素影响,提出了采用最近已知温度分布曲线来解调待测温度分布曲线的新方法,并在设计的传感系统中进行了实验.实验结果表明,采用该解调法的分布式光纤布里渊温度传感系统能有效提高测温精度和稳定性,降低了系统的成本.系统的测温精度达到±0.09 K.     

分布式光纤传感系统监测煤矿冻结表土段温度

在煤矿挖掘过程中,冻结温度是一个非常关键的参数.精确的、连续的温度数据对于煤矿冻结表土段的状态监测、横向剪切力预报等都具有非常重要的意义.根据分布式光纤温度监测系统(DTS)的工作原理和测量方法,对光纤监测网络的设计方法和光纤的埋设工艺进行研究,并应用于表土段的温度测量.设计的分布式光纤温度监测系统(DTS)实现了0.5 m的连续测温空间分辨率,温度分辨率为0.1℃.较好地获得了温度分布情况,与传统监测仪器的对比表明,DTS能够很好地解决煤矿挖掘过程中温度数据的采集问题.     

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。     

基于拉伸装置的光纤应变系数标定及误差分析

在分布式光纤传感系统中,由于生产厂家、材料、掺杂及生产工艺等的不同,传感光纤的折射率、应变系数及温度系数等基本参量各有差异,在投入使用前必须对其进行标定。提出了基于拉伸装置标定光纤应变系数的方法并系统地进行了误差分析。采用G.652单模光纤,针对不同初始长度进行了多次标定实验,标定的应变系数在0.050 2～0.051 2(MHz/με)之间,重复性好。通过BOTDR验证,实测应变值与理论计算结果吻合的得较好。实验结果表明:该标定方法切实可行、易于实现,既可用于对光纤传感系统的标定,也能用于BOTDR在生产过程中的应变校准。     

基于PSO算法的MFF模型的参数辨识与优化

基于磁链理论和Monte-Carlo法,建立了磁流体薄膜(MFF)传感模型和MFF透射模型,分析了磁流体透射特性。采用粒子群算法对MFF透射模型进行了参数辨识,分析了群体数目、迭代次数、惯性权重、加速度因子等参数选值对算法运行结果的影响,并选取了最佳参数组合。搭建了MFF电流传感器实验平台,运用MFF透射模型对MFF电流传感器进行了仿真预测,分析了MFF厚度和粒子浓度对MFF透射性的影响,实验及仿真结果表明该模型预测误差在2.3%以内,该MFF电流传感器的测量灵敏度达到12 μW/A。     

基于PSO算法的GMM改进J-A磁滞模型的参数辨识与验证

为了解决现有的GMM-FBG电流传感器的磁滞非线性问题,基于经典的J-A磁滞模型提出了一种改进的适用于低频(<120Hz)条件下的J-A模型。采用粒子群(PSO)算法对改进后的J-A模型进行了分段参数辨识与优化,提高了模型的预测精度。搭建了相应的GMM-FBG交流电流传感系统实验平台,运用所提出的改进的J-A模型对GMM-FBG电流传感器进行了磁滞建模和实验验证。实验及仿真结果证实该模型具有良好的预测性,模型的预测误差在2.5%以内,传感系统的电流测量灵敏度达到0.067nm/A。     

分布式光纤测温系统的自校准技术研究

为提高分布式光纤测温系统的测量精度,本文在DTS中增加了自校准环节,并运用小波去噪算法和累加平均去噪算法对系统采集到的光功率信号进行去噪处理,此外还采用了双数字高精度传感器取平均值的方法得到高精度的参考温度,进一步提高的DTS的测量精度。实验结果表明,改进后的分布式光纤测温系统的测量误差均在±1℃以内,具有较好的工程应用价值和广阔的应用前景。     

光纤陀螺的温度试验与误差补偿

分析了光纤陀螺的温度特性及非线性特性,并在组建光纤陀螺温度试验系统的基础上,进行了全温度范围下的位置试验和角速率试验,研究不同的温度及输入角速率对光纤陀螺输出的影响.根据试验结果,分别建立了光纤陀螺零偏的温度模型以及标度因数的温度和非线性模型,并采用最小二乘法拟合模型的参数.通过实测数据进行仿真验证,结果表明,建立的模型能够较好地描述光纤陀螺的温度及非线性特性,利用该模型进行光纤陀螺的温度和非线性误差补偿,取得了较好的效果,光纤陀螺的测试精度得到了较大程度的提高.     

最小控制递归平均算法对光纤声音传感系统的降噪作用

为了解决恶劣环境下分布式光纤声音传感系统的声音还原问题,搭建了一种基于改进最小控制递归平均(IMCRA)算法的多通道光纤声音传感系统。采用Sagnac和Mach-Zehnder复合光路结构,以单模光纤作为传感单元拾取声音信号,借助光开关实现了多通道信号采集,并通过改进最小控制递归平均算法对声音信号进行降噪、还原及增强处理。实验结果表明:该系统可在长为4km的传感光纤上实现对单音信号和语音信号的多通道扫描拾取,并能够在复杂情况下实现对语音信号信噪比的有效提升,为光纤声音传感系统在恶劣环境下的应用提供了一种新途径。     

High-resolution distributed temperature sensing with the multiphoton-timing technique

We report on a multiphoton-timing distributed temperature sensor (DTS) based on the concept of distributed anti-Stokes Raman thermometry. The sensor combines the advantage of very high spatial resolution (40 cm) with moderate measurement times. In 5 min it is possible to determine the temperature of as many as 4000 points along an optical fiber with an accuracy Δ T < 2 °C. The new feature of the DTS system is the combination of a fast single-photon avalanche diode with specially designed real-time signal-processing electronics. We discuss various parameters that affect the operation of analog and photon-timing DTS systems. Particular emphasis is put on the consequences of the nonideal behavior of sensor components and the corresponding correction procedures.     

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。     

Distributed Sensing Floor for an Intelligent Environment

This paper reports on the development of a distributed sensing floor using an optical fiber sensor. We introduce an alternative yet simple method to manufacture a distributed sensing floor. This method is based on Brillouin optical correlation domain analysis (BOCDA) technology, which can detect the strain deviation along a fiber caused by pressure events. With suitable computational algorithms, the distributed sensing floor is able to detect the presence of occupants and track them efficiently. In our tests, the success rate of location detection was 96%, and the estimation error for the weight of the occupant was plusmn5 kg. The spatial resolution could be tuned without having to also change the hardware architecture.     

Polarization averaged short-time Fourier transform technique for distributed fiber birefringence characterization using Brillouin gain

A polarization averaged short-time Fourier transform (PASTFT) technique is developed for distributed fiber birefringence characterization based on counterpropagating stimulated Brillouin scattering (SBS) gain signal. This technique can be used for the birefringence characterization of the general elliptical birefringent fiber. A theoretical model on polarization matching of counterpropagating SBS process is established. The performance of the short-time Fourier transform (STFT) method and the PASTFT technique is analyzed by using the simulation of the theoretical model. Simulation results show that the process of polarization average could effectively reduce the birefringence characterization error caused by the polarization dependence of the local period of SBS gain. A less than 8% normalized root mean square error is achieved for the characterization of the length of the birefringence vector on elliptical birefringent fibers. The PASTFT technique is experimentally verified by the distributed measurement of beat length and differential group delay of a standard single-mode fiber via the Brillouin optical time domain analysis system.     

涂敷和护套对分布式光纤应变检测的影响研究

光纤的涂敷层和护套采用的材料不同于纤芯材料,其在起到保护光纤的同时,也会对光纤的传感性造成一定的影响。为能准确测量结构的应变,从细观力学的角度建立了铺设在结构中的具有二层保护介质的分布式光纤传感器的理论模型,分析了涂敷层、护套的剪切模量和半径对分布式光纤应变检测结果的影响,比较了不同铺设长度下光纤的传感规律,提出了降低保护介质对光纤应变传感影响的方法。     

高温管道内流体流量及温度识别研究

建立了高温管道稳态导热模型,通过有限体积法进行求解,对管道外表面温度分布随流体温度流量的变化规律进行了研究。根据Levenberg-Marquardt算法,提出了由管道外壁面温度分布同时识别管内流体流量及温度的计算方法,通过数值模拟研究了随机测量误差对识别结果的影响,证明了算法的有效性,给出了减小随机误差对识别结果影响的方法。     

基于分布式光纤传感的堤坝形变监测系统设计(英文)

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.