基于FBG和光频域反射技术的混合式光纤传感网研究

基于光纤Bragg光栅技术和光频域反射(OFDR)技术 ,构建了一个具有分立式传感子层和分布式传感器子层的双层结构混合式光纤传感网络。 在分立式传感子层中,FBG用于实现温度参量的传感;在分 布式传感子层中,采用OFDR方法解调光纤中的瑞利散射信息从而获得分布式的应 变参量。整个传感 网络共用同一个宽光谱可调谐激光光源,分立式子层和分布式子层两者协同工作,实现应变 和温度两个参 量的高精度测量,其中应变分辨率达到0.75με,温度分辨率达到 ±1℃。本文构建的传感网络为构建大容量、 大规模、多参量、高空间分辨率和高测量精度的光纤传感网络提供了一种有益探索。     

分布式光纤温度传感器的研究现状与发展趋势

综述了基于光时域反射技术(OTDR)和光频域反射技术(OFDR)，以光纤中光散射效应(布里渊效应、喇曼效应)作为温敏信号的分布式温度光纤传感器的特点、原理和研究现状，并在此基础上分析了分布式光纤温度传感器的发展趋势。     

COTDR散射信号相关特性的研究

在基于相干光时域反射计的分布式光纤温度与应变传感原理的基础上,对不同频率入射光的后向瑞利散射信号在频域上的相关特性进行了分析。用后向瑞利散射的离散模型来说明后向瑞利散射信号在传感光纤中传播的原理,用MATLAB软件对COTDR(相干光时域反射)过程进行了仿真和分析,对不同脉冲宽度的入射信号的功率及相关特性进行了分析研究。结果表明,输入脉冲宽度与频域相关带宽成反比,即传感位置精度与温度或应变精度成反比。     

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.     

基于布里渊光时域反射的分布式光纤传感入侵定位检测系统

建立了基于布里渊时域反射(BOTDR)技术的分布式光纤传感入侵定位检测系统。采用自制的光纤单纵模分布反馈(DFB)激光器,利用边缘滤波(BPF)技术,简化了BOTDR系统中频率解调的方法,实现了对入侵应变事件的快速定位与检测。实验结果表明,当探测范围为10km时,系统的定位空间分辨率达到5m,应变分辨率达到200με,可以满足入侵定位实时检测的需求。     

分布式光纤传感技术及其应用

分布式光纤传感技术是近年来光纤传感领域的研究热点.介绍了该领域的研究成果,包括基于光纤后向散射光时域及频域反射技术、基于光纤瑞利散射偏振光时域反射、基于长距离光干涉技术的分布式光纤传感以及基于非同和全同光纤布拉格光栅复用的准分布式光纤传感技术;论述了分布式光纤传感系统的工作原理、特点及性能;介绍了其在民用工程结构、航空航天、船舶工业、电力工业、石油化工业和医学等各个领域中的应用.     

基于多频相干光时域反射计的光纤温度分布测量

提出了一种基于瑞利散射的多频相干光时域反射温度测量方法,采用相位调制产生多频探测光,可有效地提高传感光纤的受激布里渊散射阚值,降低系统中的相干瑞利噪声,提高系统信噪比;当按光源频率和相位调制器调制频率的变化量之比等于二频率之比对二者进行同时调节时,可实现光纤温度的高精度分布式测量.理论研究了多频相干光时城反射计的传感机理,利用MATLAB仿真比较了采用单频和多频光源时传感系统的性能.结果表明,在系统信噪比为5 dB和扫频范围为3 GHz时,系统可达到空间分辨率为1m、最大测量误差为0.005℃的性能指标.     

基于FMCW的光缆线路异常检测方法

针对目前常见的同时需要大动态范围和高空间分辨率的应用,提出了基于频率调制连续波(FMCW)技术的光缆线路异常检测方法,分析了系统空间分辨率与光源扫描速率、频谱分析仪分辨率带宽之间的关系,讨论了非线性扫频、相位噪声对系统空间分辨率的影响,搭建了FMCW检测实验系统,得到了光纤后向散射曲线,分别在24.54 km和49.55 km的单模光纤检测中得到了8.22m和11.32 m的反射事件的空间分辨率,提高了反射事件的空间分辨率.     

OTDR事件分析和故障判断的研究与实现

随着光通信技术的发展,对光纤在线自动监测系统的需求越来越高,文章提出了一种采用小波分析定位光纤断点及反射事件的方法,并把用这种方法分析出来的事件形成专家事件分析库,来判断故障的位置.这些技术应用在TJTG型光纤在线自动监测系统中的实践表明,减小了测试盲区,提高了事件和故障位置判断的准确性.     

基于COTDR技术的光纤在线监测系统设计与实现

文章提出一种基于COTDR技术设计的光纤在线监测系统的设计方案,根据调制信号在光纤中的衰减和反射来实现光纤指纹信息生成,结合系统光纤衰耗曲线,使用经过编码调制的连续弱激光脉冲组,接收反射回来的检测脉冲组,系统解调之后,得到光链路的光纤长度、损耗、接头、故障位置等指纹信息,可实时高精度定位光纤故障位置,进一步提高光纤管理和维护的自动化水平,变被动维护为实时监测,给维护人员提供预警机制,提高人员对故障的快速反应能力,提高通信链路的运行率。     

基于布尔电路直接调制的混沌光时域反射仪

研制了一种基于布尔混沌直接调制激光器的混沌光 时域反射仪(COTDR),用 于实现光纤故障的高精度诊断。仪器利用布尔混沌作为调制信号,经驱动电路直接调制分布 反馈(DFB)激光器输出混 沌激光;混沌光经光纤耦合器分为两路,一路作参考光,另一路作探测光,注入到被测 光纤中,由故 障点反射的回波信号与参考光经光电转换后进行同步采样。最后对两组采样数据进行互相关 处理,根据相 关峰值判断故障点位置。实验结果表明,本文的COTDR能够检测到光纤的不匹配连接点和断 点等反射事件,并在 98km测量范围内可实现与距离无关的24cm空 间分辨率 。本文的COTDR结构简单、成本低,易于实现集成化和产品化,符合工程应用的实际需求。     

基于窄带光纤激光器的光频域反射计研究

光频域反射计(OFDR)是一种强大的光通信网络检测工具,能对光纤中微弱反射进行探测、定位和量化,利用这种特性可以实现对光纤长度的高精度测量。主要介绍了OFDR的工作原理,对OFDR系统的空间分辨率的限制因素进行了讨论,理论分析了空间分辨率与光频调谐范围之间的关系,以及光源非线性扫频对光纤长度测量结果的影响。利用测试干涉仪和辅助干涉仪实现了对光纤的高精度、高空间分辨率的长度测量。     

基于布里渊散射的分布式光纤技术的研究

介绍了基于布里渊散射的分布式光纤技术的工作原理和研究进展.从改变光纤特性、联合喇曼散射和布里渊散射、检测方法技术以及编码技术等方面简述了基于布里渊散射的分布式光纤技术在提高温度分辨率、空间分辨率和测温精度等方面的改进方法,并探讨了现有技术的局限性,提出发展趋势设想.     

使用互补码提高DOFRTS性能的研究

传统单脉冲分布式光纤拉曼温度传感器(DOFRTS)脉冲宽度的增加能够提高信噪比、温度分辨率,但同时会降低空间分辨率.使用互补码光脉冲作为DOFRTS的探测脉冲,联合相关技术和数字平均对信号进行处理,可以大幅提高DOFRTS的性能.在不降低空间分辨率的前提下提高温度分辨率,减少测量所需时间.     

1550 nm高效窄线宽光纤激光器

研制了一种采用双光纤光栅法布里-珀罗(FBG F-P)腔选模的线形腔结构窄线宽光纤激光器.激光器以高掺杂Er3 光纤为增益介质,结合非相干技术,利用全光纤型法拉第旋转器(FR)抑制空间烧孔效应,通过2个短FBG F-P腔选模,产生了稳定的1 550 nm单频激光输出.采用两端976 nm LD抽运方式,阈值抽运光功率为11 mW,在抽运光功率为145 mW时输出信号光功率为73 mW.光-光转换效率为50%,斜率效率达55%.采用延迟自外差方法精确测量光纤激光器线宽,实验中使用了10 km单模光纤延迟线,由于测量精度的限制,得到线宽小于10 kHz.研究表明,这种光纤激光器具有输出功率高、线宽窄和信噪比高的特点,可用于高精度的光纤传感器系统.     

单点振动激励下分布式光纤声传感系统的响应特点

基于相干光时域反射技术的分布式光纤声传感系统是检测环境振动的重要工具,但系统响应受干涉光强波动干扰,给定量检测带来困难.针对单频连续点振源这一较为典型的传感场景,研究商用相干光时域反射系统的响应特性.实验表明,系统可以准确探测振动的位置和中心频率.实验探索了两种信号处理方法.信号频谱的时域平均可以还原出响应和振幅间的线...     

Φ-OTDR分布式光纤传感系统的关键技术研究

提出了一种基于Φ-OTDR(相位敏感光时域反射计)技术的Φ-OTDR分布式光纤振动传感技术,该技术能够方便地进行入侵定位。介绍了Φ-OTDR分布式光纤振动传感系统的传感机理,论述了光纤传感采集系统的硬件和软件设计。试验结果表明,该系统可对通信光缆不同位置的入侵事件自动识别预警,显示险情位置,测量距离大于60km,定位精度10m。     

基于光纤微弯的分布式光纤应力传感器

研究了光纤的微弯损耗机理,在此基础上开发了一种用光时域反射仪(OTDR)进行探测的分布式光纤应力传感器。对光纤微弯调制机构和传感器系统进行了设计与实验,分析了系统的灵敏度和空间分辨率的影响因素,实现了空间分辨率为3m,测量范围为1km的测量精度。现场实验表明,采用该传感器能对山体滑坡等事故的发生实现及时准确的灾害预报。     

基于光纤光栅法布里-珀罗腔的高效窄线宽光纤激光器

报道了采用双光纤光栅(FBG)法布里-珀罗(F-P)腔选模的线形腔结构窄线宽光纤激光器。激光器以高掺杂Er~(3 )光纤为增益介质,利用全光纤型法拉第旋转器(FR)抑制空间烧孔效应,通过两个短光纤光栅法布里-珀罗腔选模,产生了稳定的1534．83 nm单频激光输出。激光器采用两支976 nm单模激光二极管(LD)抽运,两端输出。激光器阈值抽运光功率为12 mW,在总抽运光功率为145 mW时总输出信号光功率为39．5 mW,单端最高输出信号光功率为22 mW。光-光转换效率为27％,斜率效率为29．7％。随着抽运功率的增加,激光器输出功率趋于饱和。采用延迟自外差方法精确测量光纤激光器线宽,实验中使用了15 km单模光纤延迟线,由于测量精度的限制,得到激光器的线宽小于7kHz。这种光纤激光器具有输出功率高、线宽窄、信噪比高的特点,可用于高精度的光纤传感系统。     

高空间分辨率分布式光纤传感技术的研究进展

对三种基于布里渊散射的高空间分辨率分布式光纤传感技术,即布里渊光纤时域分析暗光脉冲技术、布里渊光相关域分析及布里渊光频域分析技术,进行了详细阐述.分析了每种技术的工作原理,对每种技术所采用的实验系统配置、所能达到的空间分辨率进行了介绍,并对其存在的局限性进行了说明.