分布式光纤声波传感的管道泄漏监测指标分析

分布式光纤声波传感(DAS)技术作为分布式光纤传感(DOFS)技术的前沿领域,克服了传统光纤监测仅针对温度、振动等单一指标进行泄漏事件定位的不足,在水和油气管道的泄漏监测方面具有诸多优势.本文根据分布式光纤声波传感技术的原理,介绍了其在油气管道泄漏中识别和定位泄漏事件的泄漏口噪声、温度梯度、负压脉冲和环境应变四项监测指...     

分布式光纤传感技术在安防定位中的发展现状

介绍了分布式光纤传感技术的起源、技术原理,研究了分布式光纤传感技术的两大类别,概述了几种具有代表性的分布式光纤振动传感器在安防系统方面的系统结构图及定位原理,总结了分布式传感技术目前的发展及应用现状,并且根据现有的研究成果以及船舶安防领域的需要,提出了今后在船舶安防系统中需要解决的关键技术以及未来的发展方向。     

干涉型光纤加速度传感器综合指标的分析与设计

分析了心轴式光纤加速度传感器的相位灵敏度、频率范围与系统结构参数的联系，以及相位灵敏度与频率范围相互之间的制约关系。为了描述这类加速度计的综合指标对结构参数的依赖关系，特别引入了一个重要参数——指标容量。分析研究所得到的结论，对这类加速度计的设计、分析与评价具有参考价值。     

基于迈克尔逊干涉仪的光纤传感实验

介绍了全纤化迈克尔逊干涉仪传感器的工作原理。基于迈克尔逊干涉仪光纤传感器对微小位移和温度进行了光纤传感实验。实验发现,全纤化迈克尔逊干涉仪传感器对微小位移的传感测量有很良好的二次函数比例关系,而对温度的传感测量存在着一定的测量灵敏区域。     

基于光纤马赫泽德干涉的折射率测量

为了高精度的检测液体折射率,本文研究了基于模间干涉的马赫泽德光纤折射率传感器.传感器由普通的单模光纤和多模光纤组成,按照单模,多模,单模依次熔接在一起,并将熔接后的光纤进行拉锥处理,最终得到直径为10μm左右的传感头.实验结果表明,液体折射率在1.33到1.35范围内增大时,其透射谱的损耗峰将向长波方向移动.     

基于迈克尔逊干涉原理的孔径测量及装置设计

由于测量空间限制和孔本身的特点,孔径测量难度较大。本文设计一种简单易行、高精确度的测量方案,并对孔径载物台进行了设计。其干涉原理采用迈克尔逊干涉原理,数据的采集则采用CCD传感器。可以在大多数情况下实现孔径的测量,其测量精度达到微米级别。     

基于正弦相位调制的光纤干涉位移测量系统研究

针对全光纤干涉仪工作距离短、测量范围小等问题,提出了一种基于正弦相位调制的全光纤干涉系统,在参考臂通过电光调制器引入的调制参考光,与探头接收到的目标反射光产生干涉。根据锁相放大原理从干涉信号中提取出正交分量后,首先建立由正交分量构成的观测模型,通过卡尔曼滤波对正交分量的幅值和偏置进行迭代估计和修正,降低由相位延迟、调制深度漂移、寄生干扰等导致的幅值漂移和附加偏置;然后利用反正切法对反射光与参考光之间的相位差进行解调。开展了模拟干涉信号的相位解算仿真模拟和位移测量实验。仿真和实验验证了该算法解算相位的有效性。结果表明,该位移测量系统的工作距离可达到20 cm,测量精度为10 nm。     

马赫-曾德尔干涉集成化的全光纤磁场与温度传感器

为了简化光纤磁场与温度传感器的结构并提高传感器灵敏度,设计并制作了马赫-曾德尔干涉集成化的全光纤磁场与温度传感器。将单根光纤的马赫-曾德尔模间干涉结构和双臂马赫-曾德尔干涉结构结合:将总长度为1.2m的单模光纤部分制备成长度为2.7cm、锥腰直径为30.1μm的锥形微纳光纤,并得到了拉锥时间与锥腰直径的关系。将锥形微纳光纤放置尼龙槽内并包覆磁凝胶构成传感头,实现模间干涉的马赫-曾德尔磁场传感器;将磁场传感器通过两耦合比为50%∶50%的耦合器并联带有可调谐光衰减器的单模光纤形成马赫-曾德尔干涉的温度传感器。从理论上分析了光谱漂移对磁场和温度传感的特性关系,实验测得室温下磁场强度在25~50mT时,磁场传感的灵敏度为0.301 14nm/mT;在磁场强度为0,温度由25℃升高到30℃时,温度传感的灵敏度为0.518 86nm/℃。该传感器可广泛应用于电力系统放电检测、材料加工、安全监控等领域。     

高空间分辨率分布式光纤测温系统的设计及应用

分布式光纤测温系统是一种新型的线型感温探测器,以光纤作为传感器,可实现沿光纤分布的温度实时测量。理论分析了分布式光纤测温系统的原理以及影响空间分辨率指标的因素,并给出了0.5m高空间分辨率分布式光纤测温系统的设计以及测试情况。将高空间分辨率分布式光纤测温系统应用于电缆温度测量,测量结果表明0.5m空间分辨率下对小区域电缆过热点的探测更为显著,可及时发现潜在的火灾隐患。     

基于光纤-镜面干涉腔的光纤加速度计

设计、研制了一种基于光纤-镜面干涉腔的光纤加速度计.介绍了该加速度计的传感原理及弹性结构设计,并对其性能进行了实验测试.该加速度计用固定于圆网状弹性结构上的硅微反射镜与处理过的光纤端面构成光纤-镜面干涉腔来产生相位差随外界加速度改变的光干涉信号;采用相位生成载波技术通过对干涉信号的调制和解调实现对相位差的精确测定.应用...     

Optical fiber distributed acoustic sensing based on the self-interference of Rayleigh backscattering

In order to detect the weak underwater acoustic signal, a Distributed Acoustic Sensing (DAS) scheme based on the self-interference of Rayleigh backscattering is presented. Rayleigh backscattered light which contains a phase change induced by acoustic signal along the sensing fiber which is a standard telecom single-mode fiber is split and fed into an imbalance Michelson interferometer. With the self-interference of two Rayleigh backscattered beams, the phase change is amplified theoretically compared with phase-sensitive OTDR. We designed an experiment to prove the scheme, and successfully restored the acoustic information, meanwhile, the DAS system has preliminary realized around the acoustic phase sensitivity of −151 dB (re rad/μPa) at 600 Hz, and the minimum detectable acoustic pressure of 6 Pa in the experiment.     

分布式声传感型特种光纤结构设计

分布式光纤声波传感(DAS)是一种新型光纤声感知技术.该技术的作用机理是声学信号在分布式光纤上产生微弱的形变,从而引起光纤折射率的变化.光在传输过程产生相干效应,DAS对于正交分量信号不敏感,很难用一根直的水平光纤探测这类信号.本文主要对DAS探测声学信号探测灵敏度进行研究,采用ANSYS仿真软件分析声场对不同物理模型...     

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。     

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.     

基于瑞利散射的分布式光纤传感器的研究现状

主要介绍了几种分布式光纤传感技术中的基于瑞利散射的光时域反射(OTDR)技术、相干光时域反射(COTDR)技术和相敏光时域反射(-OTDR)技术的基本工作原理,并分别介绍了这三种技术的发展现状及优缺点,提出了今后的发展方向和展望。     

基于PPP-BOTDA分布式光纤传感技术的管道健康监测应用研究

基于布里渊光时域分析(BOTDA)的分布式光纤传感技术已经逐渐广泛应用在各种民用、公用设备的应变与温度监测中.尤其是近年来兴起的一种新型传感技术:脉冲预泵浦布里渊光时域分析(PPP-BOTDA),通过引入预泵浦脉冲,获得了厘米级的空间分辨力.介绍了PPP-BOTDA技术的工作原理,阐述并探索研究了该新兴技术具有的优势与...     

Simultaneous measurement of strain and temperature using a hybrid local and distributed optical fiber sensing system

Structure multi-parameters measurement, such as strain, displacement, corrosion and temperature, is of the utmost importance for structural health monitoring. Meanwhile uncoupling method of temperature and strain has still a technical problem in structure sensing measurement. In this paper, we proposed a method for simultaneous measurement of strain and temperature using a hybrid local and distributed optical fiber sensing system. The principle of the method is investigated and then validated by the theoretical simulation experiments and tensile tests in laboratory. Furthermore, one experiment for internal force measurement of a smart stranded wire, under the interaction of temperature and strain, is also conducted in lab. The experimental results show that the strain and temperature can be well measured simultaneously by using one multi-signal optical fiber sensor.     

基于分布式光纤传感技术的结构变形估计方法研究

悬臂板是广泛应用于工程实践的常见结构形式,在航空航天、轨道交通、土木工程等领域均有重要应用,其变形监测问题一直是此类领域重要的研究内容之一.本文将矩形弹性悬臂薄板纯弯曲的一般问题作为研究对象,讨论求解该问题的方法,建立应变与位移的联系,并在线弹性小变形理论框架下,得到结构横向位移的有限差分表达式;采用具有高密度应变测量...     

基于分布式光纤传感器的管道受弯变形监测试验研究

科学合理的管道安全监测技术对管道工程运行具有重要意义,开展了基于分布式光纤传感技术的管道受弯变形监测试验研究。针对现有分布式光纤变形计算方法的不足,提出了分布式光纤监测管道受弯变形计算方法,编写了基于MATLAB的分布式光纤管道受弯变形计算程序。研究结果表明,基于分布式光纤传感技术的管道受弯变形监测方法整体测量精度较高,在变形量小于180 mm范围内时绝对误差小于4 mm,平均相对误差在2%以内;当变形量较大时,绝对误差随之增大,但是平均相对误差在3. 2%以下。初步开展了基于分布式光纤传感技术的管道受力分析,结果表明模拟所得管道剪力模式与理论模式以及实际情况较为吻合。基于分布式光纤传感技术的受弯变形监测方法测量精度较高,误差较小,能够满足管道受弯变形监测要求,具有较好的应用前景,是一种理想的变形监测技术,同时该方法也能拓展应用到管道受力等其他安全分析中。     

轴向温差对空间遥感器光学系统成像质量的影响

利用有限元分析计算了轴向温差对主、次镜面形的影响,对光学系统成像质量进行了评价。用PATRAN软件建立有限元模型,用NASTRAN/NT有限元分析软件完成温度场的分析计算。用Zernike多项式曲面拟合系数表示轴向温差对主、次镜面形的影响,通过ZEMAX软件分析对光学系统成像质量的影响,实现了热分析与光学分析的接口。结果表明:轴向温差不仅使光学系统产生像面位移—离焦,而且将产生各种像差,降低光学系统的成像质量,所以在调焦的同时,必须采取温控措施。最后给出了轴向温差具体的温控指标,主镜的轴向温差为0.8 ℃,次镜为1.0 ℃,主、次镜之间为3.0 ℃。