新型高灵敏分布式光纤入侵监测系统

首次提出了一种基于纤维增强塑料(FRP)传感光缆的新型高灵敏相位敏感光时域反射计(φ-OTDR)分布式光纤入侵监测系统.该方案中传感系统光源采用价格比较便宜且使用比较广泛的窄线宽DFB激光器,并采用光纤饱和体吸收法来压窄激光器的线宽以增强后向瑞丽散射光的干涉效果;在传感光缆部分使用新型的FRP封装的特殊传感光缆,该光缆拥有比普通通信光缆高得多的应力敏感性;并且应用小波分析方法对得到的传感信号进行降噪处理,有效地提高了系统的信噪比.通过以上改进提高了系统对微扰远程定位检测的准确度和灵敏度.实验结果表明该传感系统在2 km和6 km处均能获得较高信噪比的扰动信号,能有效地预报和定位微扰的发生,由于该系统成本得到有效的控制,可能是目前国际上性价比最好的φ-OTDR分布式光纤入侵监测系统,可望在入侵监测中获得广泛的应用.     

基于分布式光纤传感的多参量地埋电缆检测装置研究

设计并搭建了一种基于相位敏感光学时域反射技术(Φ-OTDR)和布里渊光学时域反射技术(BOTDR)复合的分布式地埋电缆光纤传感系统。该系统通过测量光纤中激光脉冲后向散射光的变化,可对地埋电缆的温度、振动和应变等信息进行分布式监测。根据振动和温度的变化特性,可实现对外破、短路、塌陷等突发事件的提前预警及精确定位。该系统具有结构简单、测量精确、稳定性好等优点,为电力系统的安全运行提供有力保障。     

长啁啾光纤光栅传感特性分析及分布式位置识别研究

针对复杂环境下传统位置传感器易受电磁干扰、复合材料兼容性差等缺点提出了基于长啁啾光纤光栅的分布式位置传感系统。通过对长啁啾光纤光栅传感原理的理论分析,得到其反射谱与作用力位置之间的关系,利用相关匹配算法对长啁啾光纤光栅的特征谱序列进行解调,并搭建了基于长啁啾光纤光栅分布式位置识别测试系统。试验结果表明:在0-300mm范围内,其位置传感监测曲线的线性相关系数大于99.98%;与标准位置测试数据进行对比,其误差低于±1mm。该传感方法适用于复杂环境下位置传感系统的分布式测量,具有较高的参考意义和实际应用价值。     

34km传感长度的布里渊光时域反射计的设计与实现

布里渊分布式光纤传感器是目前最具应用前景的分布式光纤传感技术之一,其关键是如何检测布里渊散射光信号,布里渊光时域反射计是其中较好的检测方式。针对布里渊散射光信号特点,应用光相干技术来检测布里渊散射光信号。具体采用微波电光调制产生频率可调的参考光,和散射光进行相干检测,根据散射光频移特性,应用电信号处理技术取出布里渊散射光电信号,并采用偏振控制技术来抑制相干检测的偏振相干性,再经过数字信号累加和平均处理,最后得到分布式传感信号。采用光相干检测设计方案实现了布里渊时域反射计分布式光纤传感器,并进行了34km光纤的分布式应变传感实验。     

基于BOTDR分布式传感系统的研究

为了能够实时监测电力传输线路的温度和应变信息,并监测输电线路的安全状态,设计出30 km远程光纤温度应变传感系统。该系统基于光时域反射计(BOTDR)技术的分布式光纤传感技术,采用光学相干拍频的技术方案,利用布里渊激光器作为相干拍频本地光,有效地解决了BOTDR技术方案中存在的微弱信号检测和宽带移频问题。同时提出一种非均匀采样法对采集数据进行处理。搭建了实验系统,并对整个传感系统进行了温度和应变传感测试,测试结果表明:该传感系统传感范围可以达到30 km以上,空间分辨率可达到5 m以下,温度分辨精度为±1℃,应变分辨精度为±20με。     

干涉型分布式光纤传感系统抗偏振衰落性能研究

为了解决分布式光纤传感系统中常出现的偏振衰落现象,提高系统的稳定性,在分析了系统检测原理基础之上,基于单模光纤的双折射等效琼斯矩阵,建立了分布式光纤传感系统模型,明确了采用不同反射器件条件下,探测光强I与入射光偏振角度i的关系。通过试验证明系统采用旋转角为π/2的法拉第旋转镜(FRM)具有较好的抗偏振衰落特性。     

基于分布式光纤振动传感原理的电力电缆故障定位技术研究

研究一种基于分布式光纤振动传感原理和电缆局部放电原理的电力电缆故障定位技术.通过在电缆上施加高压脉冲,使得电缆上有故障的位置产生局部放电,从而产生振动信号.并将放电脉冲信号同步传输给分布式光纤振动监测系统.通过分布式光纤振动传感技术来探测电缆沿线放电产生的振动信号,并对振动信号进行定位.将该故障定位技术应用于电力电缆沿线上监测电缆故障的状态分布,并进行试验验证.实验结果表明,该系统可实现监测多回路30 km电缆线路的故障分布状况,并对故障点进行准确定位.     

分布式光纤载流量/温度安全监测系统的研究

针对电力电缆安全监测的应用需求,提出了一种以拉曼分布式光纤温度传感技术为核心的分布式光纤载流量/温度安全监测系统设计方法。该系统利用拉曼分布式光纤温度传感器对电网中的电力电缆线路的温度、载流量等运行状况进行全方位实时智能监测。试验结果表明,该系统可实现20km的电缆导体温度和载流量运行状态监测预警,计算导体温度与实测导体温度最大偏差不超过1℃,定位精度0.5m,采用有限元算法得到的电缆温度和电缆载流量的对应关系与实际情况基本吻合。     

面向连续体机器人精密操作的多芯光纤三维形状与位置测量误差研究

针对复杂封闭空间精密操作中连续体机器人三维形状与位置高精度测量问题,提出基于多芯光纤形变传感方程与三维形状重构算法的误差分析及校正方法。基于多芯光纤传感结构特征和三维空间几何变换原理,推演建立了多芯光纤三维形状与位置测量的关键方程和算法。采用关键模型算法驱动方法,系统性地分析了传感光纤关键参数误差、信号解调误差、传感方程与重构算法误差、环境温度变化等对测量精度的影响,确定了主要误差源及其定量影响程度。通过误差溯源,建立了测量系统关键参数标定与误差校正方法。构建了七芯光纤测量实验装置,实验验证了方法有效性。研究结果表明,所提方法可实现系统测量误差溯源、定量分析与校正,有效提高多芯光纤三维形状与位置测量精度,在连续体机器人精密测量领域具有应用价值与前景。     

基于分布式光纤声振传感的索结构监测

索结构凭借自身良好的抗拉性能被广泛应用于工程领域。因而拉索索力是影响其安全性的重要因素,对其进行测试十分必要。现工程中索力测试多采用自振频率法,其大多是通过加速度计或计算机视觉测量拉索自振频率,从而计算拉索索力值。而近年发展出的相位敏感光时域反射计(φ-OTDR)仅凭1根成本较低的通信光纤即可实现结构内全部拉索的自振频率测量,具有较好的测试前景。然而在实际中,用于确定分布式光纤系统灵敏度的有效光弹系数并不唯一。为确保φ-OTDR应用于索力测试的数据来源可靠,本研究通过将传感光纤粘贴于拉索搭建了用于索结构监测的分布式光纤传感系统性能标定平台,基于数字图像相关法对不同设计工况下的拉索跨中位移信号进行测量,并通过分析拉索模型将跨中位移信号转换为轴向信号,最后通过对比拉索轴向信号以及φ-OTDR采集信号从而实现了分布式光纤传感系统的标定实验。     

光纤分布式振动系统中的信号处理算法研究

在Φ-OTDR(phase-sensitive optical time-domain reflectometer,相位敏感光时域反射计)传感系统中,光纤振动信号的提取和降噪尤为重要。文章通过搭建一套光纤振动传感系统,完成信号采集,并使用低通滤波、小波降噪、小波包分解及降噪等方法完成了实验研究。提出一种协同滤波降噪的方法,能够将信号的信噪比提高5.1 dB,完成信号的定位与提取,定位精度20 m。     

基于背向拉曼散射的分布式光纤温度传感器的研制

经优化设计确定系统关键参数,研制了分布式光纤温度传感器。该系统以微机为核心,以普通通信光纤和包层涂锌光纤相结合作传感光纤,在国内首次实现上限为260℃测温,空间分辨率15.6m,温度分辨率7℃,测量距离1.5km,测量时间160s。     

基于单光子探测的光子计数光时域反射仪研究进展

基于光时域反射技术（Optical Time Domain Reflectometry, OTDR）的光纤分布式传感器可以实现对整个传感光纤空间可分辨的分布式测量，相比点式传感器具有极大的技术及应用成本优势。而传统的基于模拟探测的OTDR光纤分布式传感器在空间分辨率及动态范围上存在性能瓶颈。基于单光子探测的光子计数OTDR光纤分布式传感系统通过数字化的探测和记录方式，可以突破传统OTDR系统的性能极限。本文对光子计数OTDR系统技术及发展进行了综述，旨在通过本文的综述，明确基于单光子探测的光子计数OTDR系统的优势及限制，以及该技术的未来发展趋势，促进基于OTDR技术的光纤分布式传感器的进一步发展。     

基于光纤移频延时环的Φ-OTDR信号衰落抑制方法

多频探测是相位敏感光时域反射仪(Φ-OTDR)光纤传感系统中干涉衰落抑制的重要手段,但存在多频率生成造成结构复杂的问题。提出了一种基于光纤移频延时环的多频脉冲产生方法,设计了包含移频、放大、延时、滤波、隔离等环节的光纤环结构,使用简单结构实现了多频探测脉冲的产生与复用。并分别采用脉冲延时补偿算法与旋转矢量求和算法对瑞利后向散射拍频信号实现了数据对齐与数据聚合。实验结果表明,传感系统通过生成包含6个频率分量的多频探测脉冲,可在10.33 km的传感光纤上将衰落概率由26.43%优化至0.93%,并实现了信噪比为5.29 dB的振动信号准确定位,以及相关系数为0.997的振动信号线性解调,从而为Φ-OTDR系统在复杂环境下的振动信号抗衰落解调提供了新的解决方案。     

喇曼型分布式光纤温度传感器温度分辨率的理论分析

本文对喇曼型分布式光纤温度传感器的温度分辨率提出一个理论分析方法,得出理论计算式,并具体分析了单模光纤传感系统和实际分布式光纤温度传感器。     

布里渊散射分布式光纤传感器研究现状与展望

布里渊散射分布式光纤传感器在结构健康监测领域具有广阔的应用前景。阐述了布里渊散射分布式光纤传感器的原理,分析了基于布里渊光时域反射、布里渊光时域分析和布里渊光频域分析的分布式光纤传感技术的研究现状,提出了布里渊散射分布式光纤传感器的研究热点及存在的问题,并对其发展趋势进行了展望。     

分布式光纤测温技术综述

光纤传感器以其独特的优点得到了人们的普遍关注,尤其分布式光纤传感技术在土木工程等大范围测量领域成为研究热点。通过对目前分布式光纤测温技术的系统论述,提出了分布式光纤测温技术的两个研究方向:基于光纤后向散射的光时域及频域反射技术的分布式光纤测温和基于光复用技术的光纤光栅分布式测温。通过对分布式光纤测温技术两个方向的工作原理、特点及性能的理论分析及仿真实验,综合论述和分析了分布式光纤测温技术两个方向的优点和缺陷,以及在具体工程中的实际应用。     

基于分布式光纤传感技术的堤坝渗流模拟系统设计

分析了堤坝渗流通过温度监测的可行性，提出了基于分布式光纤温度传感的堤坝渗流嘛测方法，设计了模拟装置；模拟监测系统由堤坝实体模型、渗流控制单元和光纤监测单元组成，采用传统的温湿度计和渗流量计对堤坝模型渗流实施单点监测，并与DiTeSt分析仪的结果比较。堤坝渗流模拟装置可实现不同水温、不同浸润线、不同规格堤坝和堤坝渗流程度的重复模拟，给出了一种野外专用的传感光缆实验结果。研究中的试验结果有利于设计合理的光缆布设和探测方案，同时为堤坝安全监测的量化研究提供有效的手段和平台。     

基于改性型UDP和CIGI的光纤 光栅高速解调技术研究

为了实现光纤光栅传感的实时监测以及高速数据采集和准确分析,提出了一种基于改进型UDP和数据封装协议CIGI的光纤光栅解调系统方案。该系统网络传输层采用改进型UDP协议,通过单次传输N个数据包的改进型ACK应答机制,利用16位AD对256像素线阵光电阵列扫描的FBG反射谱光强数据进行采集,根据CIGI通用图像接口数据封装协议对光谱数据进行打包,通过千兆以太网接口实现解调仪与上位机的原始帧数据的通信,提高了传感数据的传输速率和可靠性。在LabVIEW环境中设计的交互界面上实现FBG反射谱的监控和传感数据的解调结果显示。通过准分布式多点FBG传感的实验数据采集测试及网络通信抓包数据结果表明,该传感监测系统能够有效利用以太网通信实现FBG光谱信息的实时传输,采样率可达到16 kHz,能够满足光纤光栅传感实时数据的高速采集和处理要求。     

基于全光纤传感技术的电缆健康状态监测系统的研究

研究基于全光纤传感技术的电缆健康状态监测系统。在分析和研究后向散射分布式光纤传感原理的基础上,成功地开发出了样机系统,并将该系统应用于电力电缆隧道,监控数千米光纤沿线上电缆运行及环境状态的分布。实验结果表明,该系统可实现监测多回内嵌光纤的20km电缆线路的温度、载流量、偷盗入侵等分布状况,并对测量点进行定位。