布里渊散射分布式光纤传感技术的研究进展

阐述了基于布里渊散射的分布式光纤传感技术测量光纤温度/应变的基本传感原理。介绍了基于光时域反射仪发展起来的几种传感技术,布里渊光时域反射(BOTDR)、布里渊光时域分析(BOTDA)、布里渊光频域分析(BOFDA)分布式光纤传感技术,特别对BOTDR的原理和典型系统方案进行了详细的介绍。最后,叙述了基于布里渊散射的分布式光纤传感技术当前的进展和趋势。     

分布式光纤布里渊温度传感系统的试验研究

基于布里渊光时域反射计(BOTDR)的传感原理,构建了分布式光纤布里渊温度传感测量系统,对4.25 km长度的光纤进行了温度传感试验。通过对试验结果的分析表明:该系统可以实现一定长度的光纤定点、定量的受热温度测量分析。对测量结果采用归一化方法处理,使测量结果更直观,分析快捷,精度更高。     

冻结监测中分布式光纤测温系统的研究

文章根据冻结工程信息化施工的要求,将分布测量理论和光纤传感技术引入到冻结监测中,并结合某矿井冻结工程的实际情况,对分布式光纤测温系统的工作原理、性能指标温度解调方案进行了详细的分析与研究,成功设计出一套满足冻结施工要求的分布式光纤测温系统。该系统依据光时域反射技术和后向拉曼散射温度效应实现温度测量,提高了测量精度和稳定性,降低了系统成本。室内实验及现场试验验证了该系统的测量精度性与可靠性,为冻结温度监测提供了一种新的监测手段。     

光纤分布式扰动传感器信号检测系统研究

设计了一种以FPGA作为数据处理核心,基于相位敏感光时域反射计(Φ-OTDR)的光纤分布式扰动传感器信号检测系统。该系统具有数据采集、处理、存储、通信以及液晶显示功能。扰动信号检测算法采用多周期等距累加相减法。通过阈值判定实现扰动信号的判别,并可以同时显示传感光纤长度范围内不同位置的扰动。实验证明,该系统内部数字处理部分可以实现信号检测算法以及扰动阈值判定功能。     

滑坡监测研究及其最新进展

首先分析了目前许多边坡所存在的安全共性问题,指出了对滑坡长期监测的重要性.然后介绍了国内外滑坡安全监测研究的现状,最后介绍了目前世界上较先进的滑坡监测新技术,尤其是光时域反射计和光纤法珀传感器,并展望了滑坡安全监测技术的应用前景.     

基于光纤网络的全分布裂缝检测技术研究

提出了一种基于光时域反射技术(OTDR)的全分布式光纤传感网络新型裂缝检测传感器.该传感器可以在不知道混凝土裂缝位置、裂缝与光纤夹角的情况下对裂缝进行监测,检测范围可根据实际需要对传感头进行灵活设计;并对其进行了传感特性试验,结果表明该传感器的最小检测裂缝宽度可达0.05 mm,并根据传感头1#和传感头2#测得的试验数据拟合光纤损耗与裂缝宽度的关系分别为αc1=760(12-ΔL)-1exp(-0.04(ΔL-12)2)、αc2=1 600(12-ΔL)-1exp(-0.04(ΔL-12)2),该实验结果可作为对全分布式光纤传感器进一步研究的参考.     

分布式光纤温度和应变传感系统研究进展

基于布里渊散射的分布式光纤传感系统是面向温度、应变等参数的高测量精度、高空间分辨率、高频率分辨率的监测手段.分别从光纤传感器设计与模拟、传感光纤的选用、传感技术辅助提升等三个方向总结和分析了基于布里渊散射的分布式光纤温度-应变传感系统的研究与发展现状;介绍了分布式光纤传感系统在油井、海底电缆等领域的应用;并展望了未来的研究发展趋势.     

分布式光纤传感用于大坝基座裂缝监测

分布式光纤传感技术对大型混凝固结构,如大坝与桥梁,进行裂缝监测意义重大,其分布式检测能力对具有强随机性的大坝裂缝监测效果更显著.一种新型分布式光纤传感器埋入混凝土并与预期裂缝相交一定斜角,当裂缝出现引起光纤局部微弯,并诱发瑞利散射光产生衰减,用光时域反射技术实现分布式检测.将该种传感器用于四川石棉冶勒大坝裂缝监测,结果表明:该光纤传感器不仅对裂缝宽度、位移具有高分辨率(0.02 mm)、大动态范围(4.8 mm),而且有较高的定位分辨率(0.2 m),为发展该类分布式光纤传感监测系统提供了较好的技术基础.     

管道应力危害BOTDR分布式光纤检测系统

针对长距离地下油气管道因地质沉降导致管道应力破坏的问题,本文提出了基于布里渊光时域反射（BOTDR）原理的分布式光纤应变检测方法。理论分析了油气管道受地质沉降产生应力变化的检测原理,设计了BOTDR分布式光纤应变检测系统。通过累加平均进行信号降噪处理,同时融合列文伯格-马夸尔特（Levenberg-Marquardt）算法,改善系统测量精度。系统性能进行测试,结果表明,系统检测距离可达10km,应变最大量程为8500με,应变测量误差为±46με、重复性测量偏差为±36με,定位误差为±2m,空间分辨率为1m,满足对管道沿线受应力危害的预警需求。     

偏振光时域反射技术对多点扰动检测的研究进展

光波在光纤中传输时,其偏振态对光纤外界的变化十分敏感。基于偏振效应的光时域反射技术可以实现对光纤沿线挤压、弯曲、振动等事件的分布式传感。然而,由于光波偏振态的前后关联性,光纤中最靠前的扰动往往会掩盖其后续扰动对偏振态造成的影响,使得光时域反射技术对多点扰动的检测存在困难。文章综述了该技术在多点扰动分布式传感检测方面的研究进展,对频谱分析法、解析本地双折射矢量法和基于特殊光纤的传感方法等技术手段进行了对比和分析。     

Φ-OTDR型分布式全光纤传感器研究进展

光时域反射型分布式全光纤传感技术相比于其他光纤传感技术,具有探测范围广、定位可靠性好以及定位精度高的优势。其中,相位型光时域反射(Φ-OTDR)技术更是具备了极高的探测灵敏度和动态响应能力,能够实现实时振动信号检测。该技术还具备在长距离管道监测、周界安防和结构健康监测等领域应用的潜质。但是传统的Φ-OTDR系统由于响应频率较低、探测信号失真等问题,无法全面满足实际应用要求。近年来,在国内外广大研究学者的努力下,Φ-OTDR技术实现了多方面的突破,逐渐走向成熟并成功实现现场应用。回顾了近20年来国内外Φ-OTDR技术方面的研究成果,总结和评价了Φ-OTDR技术在频率响应能力提升、动态响应范围提升、相位解调波形还原以及后期数字信号处理等方面所取得的研究进展,并对未来Φ-OTDR技术的应用与发展趋势进行了展望。     

分布式传感技术在高强筋活性粉末混凝土裂缝监测中的应用研究

基于受激布里渊散射的光时域分析技术(BOTDA),本文采用分布式光纤传感技术监测高强筋活性粉末混凝土梁裂缝开展情况.首先进行了分布式光纤监测裂缝可行性试验研究,结果表明,分布式光纤监测具有识别并定位裂缝的能力且测试精度高.在此基础上,将分布式光纤布设在高强筋活性粉末混凝土梁的表面和内部监测裂缝发展情况,结果表明分布式光纤可监测混凝土梁裂缝开展的全过程,且分布式光纤监测的时空连续性可有效解决裂缝产生的时空随机性问题.     

基于BOTDR的隧道应变监测与数值模拟

基于布里渊散射原理的布里渊光时域反射计(BOTDR)是一种新型的光纤传感器.在介绍该项技术工作原理的基础上,以西南某隧道为实例,采用三维快速拉格朗日法,获得了隧道二次衬砌中应力和位移的分布规律,提出了隧道光纤的铺设方案、粘贴方式及安装工艺.讨论了一天内最大温差对应变监测结果的影响,并在不同时期对隧道内纵向光纤线路和某个...     

分布式光纤滑动传感监测技术研究

基于光时域反射技术和瑞利散射原理,将高精度的自动力-光耦合测试系统与土工大三轴剪切试验仪相结合,完成了光纤滑动监测的力-光本构关系模型试验.结果表明,传感光纤的初始损耗达30～50dB,动态范围达3.0～3.5 mm,又利用试验测试数据,经曲线拟合,得出滑动损耗的半经验公式.     

小波变换在OTDR事件分析中的应用

光时域反射计(OTDR)作为现代光纤网络监控的重要部件,采集的数据只能反映光纤各点的衰耗值,无法实现智能的事件检测分析.基于小波变换信号去噪和奇异性检测的理论,通过算法实现了OTDR测量曲线的噪声抑制和OTDR事件点定位.实际测量结果表明了算法在工程应用中的可行性和有效性.     

光纤和电阻应变片在结构变形测试中的对比试验研究

在测量结构应变和变形时,传统的电阻应变片测试技术和新型的光栅布拉格光纤传感技术（FBG）、布里渊光时域反射技术（BOTDR）三者均具有不同的监测原理。设计并进行了基于这三种监测技术的简支梁弯曲试验,测试结构应变,对比结构挠曲变形,分析了三种监测技术在应变测量中的精度、灵敏度、布设工艺和适用性等,评价了两种光纤传感技术用于结构挠曲变形测试的特性。为选择土木工程结构监测手段提供参考依据,对进一步研究、开发新型应变传感器和监测仪具有参考价值。     

分布光纤式输油管道安全监测预警系统

提出了一种基于光时域反射原理和分布式光纤传感技术实现输油管道泄漏安全实时监测的技术.当输油管道发生泄漏时,使光纤所处的温度场发生变化,利用光纤后向喇曼散射的温度效应测量该处的温度变化而判断管道泄漏;当发生人为破坏(盗油)事件时,所产生的振动、压力等扰动信号使在光纤中传输的后向瑞利散射光产生明显的损耗特征,通过测量其光强的变化来检测管道是否受到扰动或破坏.用ODTR技术实现对光纤测量点的定位.实验结果表明,系统已达到如下主要技术指标:光纤长度5km(可延长),测温范围0～90℃(可扩展).温度测量偏差小于 5℃,对扰动外力和温度的定位偏差小于15m.该检测技术可以有效地提高输油管道泄漏监测和防盗油水平.     

分布式光纤传感专利技术浅析

介绍了分布式光纤传感领域的技术发展概况,重点介绍基于布里渊散射的分布式光纤传感技术的发展情况,分别对基于布里渊光时域反射技术、基于布里渊光时域分析技术、基于布里渊光频域分析技术的发展和应用进行详细介绍,简要分析各个技术的相应优缺点以及应用,之后对分布式光纤传感相关专利技术进行统计分析,对国内外专利申请量趋势、同领域主要申请人以及申请所属分类号进行简要分析,并概述了分布式光纤传感的发展前景.     

小波分析在光时域反射计中的应用

光时域反射计(OTDR)主要用于测试整个光纤链路的衰减,并提供与长度有关的衰减细节,但有时测量曲线会有较大误差。根据小波分析在奇异性检测及对信号进行消噪处理的理论,提出用小波分析对OTDR测量曲线进行奇异性检测和消噪的方法。利用OTDR对光纤进行了测试,实验结果显示:光纤实际接口位置与基于小波分解算法用计算机监测的位置实际偏差在4 m以内,并对正常光纤接口位置没有误监现象,表明了该方法的可行性和有效性。     

基于分布式光纤技术的煤矿巷道顶板监测系统

当前巷道顶板变形监测方式为基于井下工业环网的在线实时监测,采用电子式和光纤光栅式的位移传感器并以无线方式连接,存在有较多监测盲点、误差较大、依靠连续供电等问题。针对上述问题,设计了一种基于分布式光纤技术的煤矿巷道顶板监测系统。该系统以布里渊光时域反射计(BOTDR)作为数据采集和分析的核心监测工具,采用5 mm钢绞线光纤作为感测光纤,以锚杆、锚索为固定点布设光缆,通过顶板光纤的应变变化来监测顶板变形状况,实现了对煤矿巷道顶板的实时在线分布式监测。现场应用结果表明,光纤应变变化能够实时准确地反映顶板变形情况,基于光纤应变的顶板监测结果与顶板离层仪监测结果、十字法观测结果一致。用光纤应变表征顶板变形程度消除了人为因素和断电等影响,保证了监测结果的客观性,这种长距离、耐腐蚀、抗干扰、无需供电的分布式光纤应变监测方式为煤矿提供了一种全新的巷道监测手段。