光纤布里渊分布式温度应变同时传感研究进展

基于布里渊散射的光纤分布式传感技术可以实现对温度和应变的同时传感,如何解决温度、应变的交叉敏感问题是实现温度应变同时传感的关键.文章详细介绍了已报道的几种常见的实验方案,并对不同方案进行了比较分析,最后对未来的发展进行了展望.     

双光纤双参量布里渊光时域分析传感技术的研究

对于布里渊分布式光纤传感器(DOFS),温度或应变的变化都会引起布里渊频移谱改变,因此存在交叉敏感问题。在以往对布里渊光时域反射(BOTDR)计的双参量传感研究中,采用单根光纤,通过同时检测布里渊频移和功率变化,实现双参量传感。但对于布里渊光时域分析(BOTDA),由于受激布里渊散射的偏振相关性,不能实现对受激散射光功率的准确检测,因此难以实现单光纤的双参量传感。针对这一问题采用温度和应变系数不同的双光纤进行双参量传感。先测量了几种常用光纤的温度和应变布里渊频移系数,然后选择G652和G652成缆两种光纤,通过构建系数矩阵,由两根光纤的布里渊频移计算得出温度和应力,从而实现了温度分辨率25℃左右,应变分辨率约为200με的双参量传感。     

光纤布里渊温度和应变同时传感系统性能分析

采用基于朗道比的微波外差检测技术的布里渊光时域反射传感系统,获得布里渊散射信号的频移和强度,可以精确地测量沿光纤长度的分布式温度和应变信息。此方法在同一条光纤线路上分别测量光纤的布里渊散射和瑞利散射,且使用布里渊频谱扫描对信号进行处理。给出了这种传感方案的实验系统,并在理论推导的基础上对其性能进行了分析,该传感系统可以获得1℃的温度分辨率和100uε的应变分辨率。     

分布式光纤温度和应变传感技术的研究进展

文章针对分布式光纤传感技术现状,介绍了基于相干光时域反射和双脉冲布里渊光时域反射的两种光纤传感技术,这两种温度和应变传感具有高测量精度、高空间分辨率等优点,可广泛应用于国防、科研等领域.详细分析了两种传感方法的系统方案和实现原理,指出了每种方法的关键技术及创新点.探讨了分布式光纤温度和应变传感技术的发展趋势.     

自发布里渊光纤温度和应变同时测量方法研究

通过对布里渊光纤温度和应变分布同时测量原理的分析,介绍了目前所报道的自发布里渊散射光纤温度和应变分布同时测量的几种方法,深入分析了各种测量方法的实现原理,并且从信噪比、稳定性和成本等方面对几种方法进行了比较,指出了每种方法的关键技术及难题;探讨了基于自发布里渊散射的分布型光纤传感器的应用前景.     

布里渊光时域光纤传感中的快速测量技术

布里渊光时域光纤传感是一种连续分布式光纤传感技术,可广泛用于获取沿传感光纤的温度和应变等物理量分布。如何提高布里渊散射信号的测量和处理速度,以满足工程应用中的快速测量需求,是布里渊光纤传感领域研究者的主要关注点之一。文章通过分析传统布里渊光时域光纤传感系统的耗时来源,综述了近年来基于频率调制、功率谱测量、图像处理去噪和布里渊谱拟合方法改进等布里渊光时域传感中的快速测量技术研究进展。     

基于高频微波技术的分布式布里渊光纤温度传感器

提出了一种基于分布式布里渊光纤传感系统的温度快速测量方案。该方案基于外差相干检测原理,利用高速脉冲检波管对布里渊散射信号进行直接探测,从而缩短了测量时间;并结合累加平均与小波变换技术,减小了布里渊散射信号中的噪声,通过对去噪后的信号进行解调实现了长距离温度测量。实验结果表明,在24.8km的长度范围内,温度测量误差小于3℃,测量时间小于3s。     

BOTDA系统偏振效应研究动态

文章对布里渊光时域分析(BOTDA)分布式光纤传感系统中的偏振效应机理及受激布里渊散射的矢量模型分析进行了阐述。对目前国内外的研究现状,从受激布里渊散射效应中偏振相关布里渊增益谱分析、控制偏振态以及抑制偏振衰落技术等方面进行了详细介绍。布里渊光纤传感系统矢量建模分析和偏振态控制技术具有很好的研究前景,对未来研究中利用偏振态的敏感特性进行分布式传感光纤的温度、应变和振动信息测量及抑制偏振衰落来提高光纤传感系统空间分辨率都具有参考价值。     

BOTDR的已敷设传感光纤温度和应变区分测量方法

为了解决已敷设传感光纤中布里渊谱峰功率初值难以获取,基于频移和功率双参量的温度和应变区分测量误差大等问题,提出了解决方法。通过标定实验确定布里渊频移和相对谱峰功率的温度和应变系数、频移初始值;根据布里渊散射功率特性方程,通过试探法,利用已敷设光路中温度和应变已知的参考光纤确定方程系数,建立了谱峰功率初始值;利用归一化方法克服了传感系统中乘性噪声导致的测量误差;利用谱宽变化消除了温度和应变突变点处的谱峰功率异常峰值;最后,根据光纤复合海底电缆的现场情况建立了模拟光路,并进行了温度和应变测量实验。结果表明,在5.6 km处可实现4.3℃和110 的测量精度,可实现已敷设传感光纤整条光路上的温度和应变区分测量,为工程应用提供了理论和实验依据。     

布里渊频移响应特性及其灵敏度调制方法研究

为研究基于布里渊光时域反射测量原理的分布式传感光纤在工程应用中的温度和应变交叉敏感问题,首先采用介质中声学声子非弹性光散射理论,建立了布里渊频移与光纤所受应变和温度的理论关系模型,并数值模拟了纤芯材料属性与内置调制膜层参数对光纤布里渊频移应变、温度灵敏度的影响,得到当纤芯折射率增大、纤芯泊松比减小或内置调制膜层与裸纤间隙增大时,布里渊频移应变和温度灵敏度均减小;而当纤芯折射率、纤芯弹性模量减小或内置调制膜层热膨胀系数增大时,布里渊频移应变和温度灵敏度均增大。在此基础上搭建了布里渊散射测量系统,并选择了同时具备温度增敏与应变减敏特性的内置调制膜层型分布式光纤进行验证试验,试验结果与仿真分析一致。     

Development of a distributed sensing technique using Brillouinscattering

This paper reviews the developments of a distributed strain and temperature sensing technique that uses Brillouin scattering in single-mode optical fibers. This technique is based on strain- and temperature-induced changes in the Brillouin frequency shift. Several approaches for measuring the weak Brillouin line are compared     

光纤传感器中布里渊增益系数与应变关系的理论研究

布里渊功率和应变的关系是分布式布里渊光纤温度和应变传感器的基础之一,而温度和应变又是通过改变布里渊增益系数来影响布里渊信号的功率。目前许多学者认为布里渊增益系数的变化与应变呈线性关系,但是我们通过理论研究和数值模拟发现,布里渊增益系数和应变之间并非一直为线性关系。因此在测量温度和应变时如果把布里渊增益系数的变化与应变近似地当作线性关系将会产生误差。本文基于此原因,对其进行理论研究并通过数值模拟得出各参数对布里渊增益系数变化的影响。     

Theoretical analysis of the relationship between the Brillouin gain coefficient and the strain in the optical-fiber sensors

The relation between the power of the Brillouin signal and the strain is one of the bases of the distributed fiber sensors of temperature and strain. The coefficient of the Bfillouin gain can be changed by the temperature and the strain that will affect the power of the Brillouin scattering. The relation between the change of the Brillouin gain coefficient and the strain is thought to be linear by many researchers. However, it is not always linear based on the theoretical analysis and numerical simulation. Therefore, errors will be caused if the relation between the change of the Brillouin gain coefficient and the strain is regarded as to be linear approximately for measuring the temperature and the strain. For this reason, the influence of the parameters on the Brillouin gain coefficient is proposed through theoretical analysis and numerical simulation.     

波长扫描型布里渊光时域反射仪

布里渊光时域反射仪(BOTDR)是一种具有广泛应用前景的分布式光纤传感器。对于特定的入射波长,自发布里渊散射光的布里渊频移与温度和应变成线性关系,通过测量光纤沿线布里渊频移分布可实现温度或应变的分布式传感。布里渊功率谱扫描是BOTDR获取布里渊频移的常用手段,已有光频差扫描与电频扫描两种方式。基于布里渊频移对波长的依赖性,提出一种波长扫描型BOTDR。采用可调谐激光器作为光源,通过扫描入射光波长,来获取布里渊功率谱,该方法兼具光频差扫描与电频扫描的优点。实验证明了该方法的可行性,对23.4km光纤进行测量,实现了5m的空间分辨率与2.2℃的温度测量精度。     

相位敏感OTDR和布里渊OTDR结合的双参量分布式光纤传感的研究

在分布式光纤传感及应用中,单一传感系统一般只能实现一种参量的监测,如相位敏感光时域反射计(Φ-OTDR)只能监测光纤沿线的振动信息,布里渊光时域反射计(BOTDR)仅能监测应变/温度信息.对于多参量监测的应用场合,必须通过配合多种技术和系统来实现多参量监测和分析,增加监测成本和复杂性.设计并搭建了一种集成Φ-OTDR和...     

基于布里渊散射的分布式光纤传感器的发展

介绍了基于布里渊散射的分布式光纤传感器当前的进展及趋势.给出了基于布里渊散射的分布式光纤传感器的原理,介绍了基于光纤光时域反射的BOTDR、BOTDA和BOFDA的分布式光纤传感器,以及基于受激布里渊散射能同时测试应变和温度的分布式光纤传感器,并指出了遇到的问题.使读者详细了解基于布里渊散射的分布式光纤传感器当前的进展及发展趋势.     

基于布里渊散射的分布式光纤传感器的发展

介绍了基于布里渊散射的分布式光纤传感器当前的进展及趋势,给出了基于布里渊散射的分布式光纤传感器的原理,介绍了基于光纤光时域反射的BOTDR,BOTDA和BOFDA的分布式光纤传感器,以及基于自发布里渊散射能同时测试应变和温度的分布式光纤传感器,并指出了遇到的问题,使读者详细了解基于布里渊散射的分布式光纤传感器当前的进展及发展趋势.     

影响分布式布里渊阈值功率的多参数分析

分析和讨论了分布式光纤布里渊散射阈值的多参数理论分析模型,定量研究并得到了主要参数(光纤长度、光纤纤芯芯径、泵浦光线宽、布里渊频移等)对单模光纤布里渊散射阈值的影响变化关系,其中布里渊频移对阈值的影响变化规律具有重要应用价值.最后,基于布里渊阈值实验测试系统测量了3种不同单模光纤的布里渊散射阈值,实验结果与理论分析计算预测值吻合.