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。     

大型结构应变场光纤分布监测系统

研究了一种用于大型工程结构应变、变形状态监测的基于光时域反射技术的分布式光纤应变传感系统。设计了一种新型的光纤微弯传感器结构,用于对沿传感光纤分布各测量点的应变信息进行提取;在此新结构的基础上,了全光纤型应变传感器串行阵列,以对构件应变测量和安全监测为主要目标,建立了起了分布光纤应变实时监测系统,进行了系统实验了得到了良好的结构。     

分布式拉曼光纤传感技术的研究进展

分布式光纤拉曼测温技术是一种新型的光纤传感技术,具有灵敏度高、可分布式测量和抗电磁干扰强等优点,非常适用于电力系统中输电线路的温度在线监测。本文概述了基于ROTDR和ROFDR技术的分布式光纤传感器的基本原理和发展现状,并综述了分布式光纤拉曼测温技术在输电线路监测中的应用,并以实例证明分布式光纤拉曼测温技术对电缆运行状态的实时在线监测。最后对分布式光纤拉曼测温技术的发展前景进行了展望。     

光纤光栅和分布式光纤传感器监测系统研究对比分析及在管廊工程中应用建议

本文介绍了当前国内应用最广泛的结构监测系统,对光纤光栅和分布式光纤传感器监测系统研究对比分析,并给出了光纤光栅传感监测系统在管廊工程中应用建议。     

基于超弱光栅传感阵列的钻机违法入侵地铁线路识别定位方法EI北大核心CSCD

实时监测和及时报警地铁线路上方钻机的违法入侵对地铁安全管理十分重要。分布式光纤传感技术是一种满足长距离、远程实时监测需求的有效手段。为及时发现和定位地铁线路上方钻机违法入侵,超弱光栅传感阵列被用于采集钻机入侵事件引起的分布式振动响应。基于钻机设备发动机的振动信号特征,提出了可实时识别并定位钻机违法入侵的方法。现场试验结果表明,提出方法具有抵抗地面及地下交通荷载干扰的能力,可以及时、准确地识别和定位模拟的钻机违法入侵事件。     

太阳能微功耗光纤传感式电流互感器

介绍了太阳能微功耗光纤传感式电流互感器的基本原理。该电流互感器具有微功耗的探测部分且以太阳能为其能源，从而实现了光纤传感系统的“无源”化。将其用于高电压系统电流的实时在线监测，不仅保证有较高的测试精度，而且具有可靠工作，调试容易，成本低，安装方便的特点。该系统适应性广，如果更换传感器还可进行其它参量的实时在线监测，从而为光纤传感系统的推广应用开辟了新路。     

基于非线性遗传算法的DTS传感模型的参数辨识与优化

基于光纤拉曼散射效应和Monte-Carlo法,建立了一种DTS传感模型。采用非线性遗传算法对该模型的参数进行了辨识,分析了种群规模、进化代数、交叉率、变异率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。搭建了分布式光纤温度传感系统实验平台,并运用该DTS传感模型对分布式光纤温度传感系统进行了仿真预测。实验及仿真结果表明:该传感模型在空间分辨力为1 m时,预测误差在0.24%以内;该分布式光纤温度传感系统的测温误差不大于0.40 ℃。     

一种简易测试光纤光栅应变测量系统的方法

针对光纤光栅应变测量系统应用测试问题,基于悬臂等强度梁应变实验,对比理论计算、光纤光栅应变传感器及电阻应变片的三种应变测量方法,得出光纤光栅应变测量系统具有较好的可靠性和准确性。以国外可靠光纤光栅应变测量系统为参照,提出了简易测量光纤光栅应变传感器和光纤光栅传感分析仪性能的方法。针对准分布式监测问题,主要分析了光分路器对光纤光栅传感应变测量的影响。上述分析为光纤光栅应变测量系统在工程中的应用提供充分依据。     

基于改进差分克里金的分布式光纤异常数据修复模型

分布式光纤监测过程中异常值的识别和丢失信号的修复是数据处理的重要环节.本文提出一种基于改进差分克里金的分布式光纤异常数据修复模型(KWSDE)用于解决分布式光纤异常传感数据问题.首先建立了光纤传感数据特征的求解模块,接着针对噪声信号提出了基于滑动窗口的加权平均差分降噪模块,然后构建基于自适应控制参数和加权最小二乘法的改进差分克里金修复模块,并给出了算法的具体实施步骤.最后为了验证所提模型的可行性,本文设计了分布式光纤的冲击实验分析其适用性.结果表明,在满足分布式光纤监测系统的数据特征前提下,本文所提出的修复模型的平均预测精度R2达到了0.9486,证明了其工程应用价值.     

济宁梁济运河大桥实时监测系统研究

以济宁梁济运河大桥为工程背景,采用可进行长期稳定监测的光纤传感器,并结合多种光纤传感技术,部署传感器网络式分布结构。本系统建立了实用的安全评估及预警系统,模拟实时监测系统实际工作状态,实现了点面结合的大桥实时监测,具有数据自动采集、传输、存储、分析、远程监控与预警等功能,提高了大桥综合监测效率,基本满足大跨度桥实时监测需求。     

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。     

Quasi-distributed fiber-optic strain sensor: principle and experiment

Sensors capable of making distributed measurements allow for monitoring of the entire structure. Optical fiber sensors are especially attractive for this purpose, since they are geometrically versatile and can be readily integrated within various types of structure and material. Development and characteristics of a quasi-distributed intrinsic fiber-optic strain sensor based on white-light interferometry are described. The research presented here describes the development of a new optical fiber sensor system for measurement of structural strains based on double white-light interferometry. Individual segments of single-mode optical fibers forming a common-path interferometer are linked in series, and a scanning white-light interferometer provides for distributed sensing of strain signals from various locations in the structure. The system is configured for automatic compensation of drift due to environmental effects, i.e., temperature and vibration. Strain gauges were employed for comparison and verification of strain signals as measured by the new system. The experimental results demonstrate the linearity of the system and the capability for distributed sensing of strains.     

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。     

小波滤噪在布里渊光纤传感技术中的应用

针对布里渊分布式传感技术在实际工程应用中的测试信号受外界环境干扰从而影响测试精度的问题,本文提出采用小波信号处理方法对布里渊分布式光纤传感技术的实测信号进行滤噪处理,并以基于布里渊光纤传感技术的实体智能拉索的应变测试数据进行了验证.实验结果表明,该信号处理方法可以有效的消除测试应变中的噪声,提高了索力测试精度,滤噪前后拉索总平均测试索力相对于控制索力的最大相对误差分别为8.8%和5.1%,适合对含噪布里渊传感测试信号进行的滤噪处理.     

OTDR fiber-optical chemical sensor system for detection and location of hydrocarbon leakage

A distributed sensing system for apolar hydrocarbons is presented which is built from a polymer-clad silica fiber adapted to an optical time domain reflectometer (OTDR) set-up. OTDR measurements allow locating and detecting chemicals by measuring the time delay between short light pulses entering the fiber and discrete changes in the backscatter signals that are caused by local extraction of hydrocarbons into the fiber cladding. The light guiding properties of the fiber are affected by interaction of the extracted chemicals with the evanescent wave light field extending into the fiber cladding. Distributed sensing of pure liquid hydrocarbons (HC) and aqueous HC solutions with a commercially available mini-OTDR adapted to sensing fibers of up to 1km length could be demonstrated. A pulsed laser diode emitting at the 850 nm telecommunication wavelength was applied in the mini-OTDR to locate the HCs by analyzing the step drop (light loss) in the backscatter signal, which is induced by local refractive index (RI) increase in the silicone cladding due to the extracted HC. The prototype instrument can be applied for monitoring hydrocarbon leakage in large technical installations, such as tanks, chemical pipelines or chemical waste disposal containments.     

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。