基于光频域反射技术的光纤传感网络研究

研究基于光频域反射技术的光纤传感网络,提升待监测对象温度与应变的测量精度。在光频域反射技术基础上引入光纤Bragg光栅技术,构建具有分立式与分布式的两层混合式光纤传感网络;分立式光纤传感网络层利用光纤Bragg光栅技术解调光栅放射光中心波长变化量,获取待监测对象温度值;分布式光纤传感网络层通过计算光纤瑞利散射的光谱平移量实现应变的连续分布式传感,利用频域干涉测量法,计算光纤传感器中心波长变化量,获取待监测对象应变值。同时两层混合式光纤传感网络利用傅立叶插值后的互相关法提高光谱平移量的光谱分辨率,提升光纤传感网络的测量精度。实验证明:所研究光纤传感网络测量的中心波长值与实际温度值、应变值拟合程度高,测量精度高。     

双通道光纤气压传感器系统设计

介绍了一种新型双通道光纤气压测量系统的原理和结构组成.该系统由双通道光纤位移传感器和高精度金属膜盒组成,用光纤位移传感器检测气压变化引起的膜盒自由表面的位移.气压测量系统的输出特性参数与系统光源的光强无关,只取决于系统气压传感部件的结构参数.系统的信号处理电路包括光信号前置放大电路、窄带滤波电路、真有效值转换电路以及A/D转换和单片机电路.根据实验测定的系统输出特性,该系统的测量精度达到±0.1 hPa,分辨率小于0.2 hPa.     

基于反射式塑料光纤传感器的微位移测量技术研究

近年来,高精度的位移测量精度要求越来越高,为响应这一需求,本文依据待测位移量可由反射光强变化得出的原理设计了一种基于塑料光纤的位移传感器.本文所涉及的光纤位移传感器以静态拉伸式杨氏模量测量实验中钢丝长度的微小变化为待测量进行设计.在整个传感器系统制作完成后,结果显示,在0~3mm的位移范围内,测量输出与实际位移成线性关系且线性度为0.6%,在较大位移区间内实现了具有良好线性度的测量,同时,根据实验结果测得灵敏度为2.13mV/μm,保证了测量的精准度.这种设计方法的使用扩大了塑料光纤的应用领域,同时,优化了传感器的精准度和线性化精度等性能指标.     

高精度梁式光纤多普勒压力测量技术的研究

为实现在恶劣环境下对微小压力变化量的测量,提出了一种基于外差多普勒原理的高精度梁式光纤压力测量系统。通过分析光纤压力测量系统中压力变化量、悬臂梁的形变量、多普勒频移、输出电压四者的关系,建立数学模型。采用差动多普勒测量原理,快速、准确地测量出悬臂梁的形变量,实现对纳米级微小位移的测量。将反射镜位置由悬臂梁中段移至其自由端位置,提高了测量的灵敏度。用光纤准直器代替传统传导光纤,光束的平行度更高,发散角度更小,提高了测量的精度。选用取样积分对有效信号进行提取,结合软件,实现从强噪声信号中提取微弱信号,改善了系统信噪比。实验结果表明,本文提出的光纤压力测量系统的不确定度可达到0.05%,可以实现对缓慢变化的微小压力值的测量,适用于石油、化工等领域。     

120km长距离分布式光纤振动传感系统

针对输电线路等场景的超长距离监测应用问题,文章在分布式光纤相位敏感光时域反射仪的基础上,采用拉曼放大和外差检测的方式,设计了一种光电信号分段探测和采集的光纤传感系统.该系统依据光纤长度将光纤分为两段进行信号采集和处理,针对不同强度信号适配相应的信号处理和采集参数,解决了超长距离监测系统的动态范围不足和信噪比差的问题.经...     

基于扫描激光器和光放大的100 km光纤布拉格光栅传感系统

提出了对基于扫描激光器的光纤布拉格光栅(FBG)传感系统进行掺铒光纤(EDF)/双波拉曼混合放大的方法,大幅度提高了该光纤布拉格光栅传感系统的传输距离。该方法以高功率扫描激光器作为光源,采用双波长拉曼放大的方法对信号进行低噪声双向放大,再利用系统中间的两段掺铒光纤,将剩余的拉曼抽运功率用来产生自发辐射光和放大传感信号,使得整个系统能在超长的传感距离上获得良好的信噪比(SNR)。实验表明使用一台扫描激光传感分析仪、一只170mW的拉曼抽运和一只2W的拉曼抽运,可以使传感距离达到100km以上,并且传感系统的光纤布拉格光栅反射信号均能获得超过7dB的良好信噪比,从而实现在超长距离上的光纤布拉格光栅传感。     

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BOTDR的多模光纤温度传感

针对多模光纤存在的模式耦合和布里渊增益谱展宽限制传感精度的提高等问题,提出利用单模光纤对多模光纤中散射信号的高阶模进行过滤实现多模光纤分布式温度传感精度的提高.分析了多模光纤的布里渊散射与温度传感原理,搭建单模光纤滤模的移频本地外差布里渊光时域反射(BOTDR)系统,测量并比较了两种多模光纤的温度传感特性.结果表明:在...     

声光滤波原理在光纤光栅中的应用

光纤光栅波长信号的解调是当前光纤传感领域中的关键技术之一,也是研究的热点。文中介绍了一种基于光纤光栅反射滤波技术,利用声光滤波器（AOTF）对反射谱进行动态扫描的波长解调方案,并给出了详细的理论推导和分析。本方案采用全光纤结构,数据经计算机处理,有效地提高了波长解调精度和系统稳定性。通过将波长的变化量转化为相对光强的变化,避免了使用光谱仪等昂贵设备,便于光纤光栅传感器的实际应用。     

小波分析在恶劣环境光纤传感中的应用(英文)

光纤光栅是通过外界物理参量对光纤布拉格波长的调制来获取传感信息的,是一种波长调制型光纤传感器。现代光纤传感系统的应用领域要求光纤传感器能适用于各种极端恶劣复杂环境,并在恶劣环境中实现高精度高灵敏度的检测。现有很多方法可用于光纤光栅的波长检测,但这些方法的精度都受限于不同的光噪声。如果光纤光栅检测系统的光源采用激光光源,信号功率可大大增强,但多余反射会产生有害干扰信号,限制光栅的波长解调精度。论文采用理论仿真和实验验证的方式将小波分析用于恶劣环境中的光纤传感信号的去噪。仿真和实验结果表明,小波分析处理方法可有效降低系统检测误差,提高测量精度和系统信噪比,满足恶劣环境中光纤传感检测的性能要求。     

光纤光栅动态称重技术的研究

在实验室内搭建了一套光纤动态称重系统,该系统是基于普通单模光纤光栅传感技术。在实验小车经过支撑称重台面的金属弹性体时,将引起弹性体形变,采用光纤光栅传感器监测这一形变。通过分析光纤光栅解调仪采集到的光纤光栅传感信号,反演出实验小车的质量。实验结果表明系统精度优于±3%。该系统采用实时校准光纤光栅传感器基准传感波长方法,消除了环境温度对测量结果的影响,具有自温度补偿功能。     

基于拍频解调的光纤激光温度传感系统

为了提高光纤激光器的温度灵敏度和数据完整性，提出了一种基于拍频解调的光纤激光温度传感系统。利用光纤激光谐振腔中的光纤布拉格光栅（FBG）进行温度传感，将FBG的波长变化依次转变为谐振腔内的波长变化和光纤激光器拍频信号的频移变化，大幅提高了系统的灵敏度。通过Python程序实现秒级数据自动采集及保存，提高了工作效率。用矩形框中心点位置法代替直接寻峰值法对温度信号进行解调，可避免频率抖动较大引起的误差。相比光学解调技术，该系统利用成熟的电学解调技术解调，无需昂贵的波长解调仪，降低了解调成本。实验结果表明，该系统具有较高的灵敏度和测量精度，平均灵敏度为74.087 kHz/℃，测量精度为0.47×10-3℃。     

融合双波及单波干涉的光纤位移传感系统研究

研究一种融合双波长干涉及单波长干涉的大跨距高精度光纤位移传感系统。两种波长不同的光波同时作用于光纤干涉仪中,基于波分复用技术,利用光纤光栅分离双波长干涉信号和单波长干涉信号。利用双波长干涉信号决定被测位移的幅值,使最大测量跨距扩大至毫米量级。在本系统选定的两个激光波长(分别为1 557.32nm和1 558.52nm)下,最大测距为0.5mm,通过恰当地选用传感系统中的两个激光波长,可获得更大的测距范围;利用单波长干涉信号高精度地测量位移,使系统保持单波长干涉测量精度高的优点。     

反射型保偏光纤温度传感器现场校准方法

设计了一种反射型保偏光纤温度传感器,介绍了其原理并给出了传感方程。分析表明:光路传输损耗变化是引起传感方程参数变化的主要原因,在需要重装光路的应用场合,需要对传感方程参数进行现场校准。结合输出信号和传感方程系数的特点和关系,将传输损耗与传感器本征参数分离,提出了一种简单实用的现场校准技术并建立了计算模型。采用该技术,在校准时只要给出传感头所处位置的一点温度值便可实现传感方程所有参数的校准。搭建了实验系统,通过改变光路传输损耗进行了校准实验,分别采用曲线拟合和模型计算方法进行了数据分析和对比,对该方法进行了验证。实验表明,在-30～60℃的温度范围内,校准前后温度传感器的精度均可达到±0.5℃。     

基于回波干涉效应的新型光纤信号调制器

理论分析了光纤信号传输系统中光纤端面菲涅耳反射所引起回波的多光束干涉效应,计算了光纤端面的反射回波相干叠加后回波光强随光纤端面间距的变化,针对光的振幅调制设计了基于回波干涉效应的新型光纤信号调制.实验中,从光纤耦合器输入端输入光波,将调制信号以电压形式加载于压电陶瓷管,使其伸缩振荡来控制两光纤端面间距离,光信号在光纤端面发生菲涅耳反射产生回波并发生回波干涉效应,从光纤耦合器回波端得到回波信号.实验结果表明,这种光纤信号调制器获得调制度约为95%,信噪比约为10 dB,带宽约为200 kHz.     

基于FPGA的偏振敏感时域反射信号采集处理系统

偏振敏感时域反射计（P-OTDR）在光纤偏振参数（双折射、偏振模色散）分布式测量，分布式传感中有着广泛的应用。本文介绍基于FPGA的P-OTDR信号采集处理系统。该系统的采样精度是12位，采样速率40MHz，具有多种可选触发方式，利用数字平均技术提高了采集信号的信噪比。该系统的研制成功有利于P-OTDR仪表的集成化与小型化。     

一种新颖的光纤Bragg光栅小电流传感器设计

利用光纤Bragg光栅的应变传感原理设计了一种新颖小电流传感器,通过检测光栅反射峰峰值波长的位移来实现小电流的检测.实验结果表明,室温下检测电流在10 mA～10 A范围内时,传感曲线具有良好的线性,且测量值与理论值较吻合.与微弯效应光纤电流传感器相比,该方案具有更好的稳定性和较高的精度.     

三十四所研制成新型反射式光纤压力表

一种新型反射式光纤压力表最近在机电部三十四所研制成功。这种压力表由一种全新的反射式光纤传感头与廉价的弹簧管式压力表结合而成。通过光纤传感头对簧管受压后引起的微位移量进行高精度检测实现压力测量。压力测量精度可到0.1%,非线性度小于0.5%,检测信号可通过光纤方便安全地远传,便于遥测,且机械表头可同时显示压力值,具有粗对照作用。构成这种压力表的光纤传感头具有全光路补偿功能,能消除光源、光路及反射体表面     

提高分布式温度传感器测温准确度的降噪方法

为了减小拉曼散射光波长相关损耗、光电探测器附加噪声及散射光中的瑞利噪声对分布式光纤温度传感器测温误差的影响,通过分析分布式光纤温度传感系统的解调原理提出了一种反斯托克斯光降噪方法。将光纤按照环形结构铺设,以每次测量的反斯托克斯光信号中菲涅耳反射峰后的基底噪声平均值作为动态本底噪声,利用两段处于不同温度的光纤消除动态本底噪声后的瑞利噪声。反斯托克斯光降噪解调法从原理上避免了参考斯托克斯光引入的测温误差,消除了本底噪声和瑞利噪声导致的测温误差。实验结果表明,修正的分布式光纤温度传感系统的最大测温误差从5.4℃降低到0.6℃,测温准确度有明显提高。     

浅谈E6000C光时域反射计（OTDR）的使用

OTDR是光纤链路安装和维护工作中的基本工具,我们可以使用它实现对光纤链路的单向测试。OTDR利用其激光源向被测光纤发送一光脉冲来实现测量(我们可以对光脉冲宽度这一参数进行选择),光纤本身或光纤上各特征点上会有光信号沿光纤反射回OTDR。反射回的光信号又通过一个定向耦合器耦合到OTDR的接收器并在这里转变成电信号,最终经过分析后在显示器上显示出结果曲线。OTDR通过测量反射信号与时间的关系进行测试,时间值乘以光纤中光纤传播的速度可以得到距离参数的值。这样,OTDR就可以显示出反射光信号的相对强度与距离之间的关系曲线…