基于瑞利散射的单端BOTDA系统温度特性研究

提出一种不受电光调制器传输曲线温度漂移现象影响的基于瑞利散射的单端布里渊光时域分析系统,并对系统所需的合成信号及温度特性进行分析,通过搭建单端布里渊光时域分析温度传感系统测量系统的温度特性.结果表明:通过测量布里渊增益谱获得的布里渊频移与温度呈良好的线性关系;由单端布里渊光时域分析温度测量系统获得的布里渊频移的温度系数为1.109 MHz/℃,与传统双端布里渊光时域分析系统获得的1.20 MHz/℃具有良好的一致性,在1.77 km光纤上可实现9.5m空间分辨率的温度传感测量.     

采用APD检测的编码瑞利BOTDA系统性能

瑞利布里渊光时域分析系统具有单光源、单端工作、非破坏的优点,为了解决系统信噪比与空间分辨率之间的矛盾,将编码技术应用到瑞利布里渊光时域分析系统中,可以在保持空间分辨率不变的前提下提高系统信噪比。提出了基于雪崩光电二极管检测和Simplex编码的瑞利布里渊光时域分析系统,系统中的随机散粒噪声功率和信号功率有关,而热噪声功率主要取决于雪崩光电二极管光电检测器的性能、与信号功率无关。由系统中与两种噪声相关的电流波动的方差和Simplex码的编解码规则可得编码系统的均方误差,由此推导了系统信噪比和编码增益公式。随着编码长度的增加,编码增益会逐渐增大并在某一编码长度后趋于稳定,因此系统存在最佳编码长度,最终推导了最佳编码长度公式,并对信噪比和最佳编码长度进行了MATLAB仿真。仿真结果表明,在基于Simplex码的瑞利布里渊光时域分析系统中,当脉冲基底1阶边带产生的瑞利散射光功率为0.5 mW时,随编码长度的增加,编码增益逐渐增大并趋于稳定值6.69 dB,系统的最佳编码长度为63 bit。     

脉冲预泵浦瑞利BOTDA系统的解析模型与仿真

将脉冲预泵浦的概念引入瑞利布里渊光时域分析系统,利用由传感脉冲和经微波调制的预泵浦脉冲组成的阶梯脉冲作调制信号,通过作为探测光的时间有限的预泵浦脉冲1阶边带的瑞利散射与传感脉冲的受激布里渊作用,实现布里渊信号的时域整形,减小非本地效应;通过预泵浦脉冲0阶基带和传感脉冲的受激布里渊作用,实现布里渊信号的谱域整形,有效地解决空间分辨率和测量精度之间的矛盾。利用频域法求解瞬态耦合波方程,建立了阶梯脉冲光在光纤中受激布里渊作用的解析模型。仿真结果表明,当传感脉冲宽度为5 ns、峰值功率为100 mW,预泵浦脉冲宽度为50 ns、峰值功率为16 mW时,在空间分辨率0.5 m内受激布里渊散射增益在0.14 m处达到最大值,然后近似线性下降至0.37 m处,其余位置近似为零;系统布里渊散射谱宽近似为35 MHz,约为传统瑞利布里渊光时域分析系统布里渊谱宽212 MHz的1/6,在相同空间分辨率下提高了频率测量精度。     

BOTDA系统偏振效应研究动态

文章对布里渊光时域分析(BOTDA)分布式光纤传感系统中的偏振效应机理及受激布里渊散射的矢量模型分析进行了阐述。对目前国内外的研究现状,从受激布里渊散射效应中偏振相关布里渊增益谱分析、控制偏振态以及抑制偏振衰落技术等方面进行了详细介绍。布里渊光纤传感系统矢量建模分析和偏振态控制技术具有很好的研究前景,对未来研究中利用偏振态的敏感特性进行分布式传感光纤的温度、应变和振动信息测量及抑制偏振衰落来提高光纤传感系统空间分辨率都具有参考价值。     

瑞利BOTDA系统小波降噪新方法

基于瑞利散射的布里渊光时域分析系统(BOTDA)因为单端入射的特性而有广泛的应用前景.研究了应用提升小波变换对传感信号进行降噪,与传统小波变换相比,提升小波变换结构简单,运算速度快,易于硬件实现.分别利用累加平均法、传统小波变换和提升小波变换对瑞利BOTDA系统传感信号进行降噪,通过信噪比、均方误差和计算时间对三种方法的降噪效果进行比较.结果表明,累加平均法将信噪比提高了约14 dB,传统小波变换将信噪比提高了约18 dB,计算速度是累加平均法的3.26倍.提升小波变换将信噪比提高了约19 dB,计算时间仅为传统小波变换的约60％.结果表明,提升小波变换适用于瑞利BOTDA系统实时降噪处理.     

微波外调制BOTDA光纤传感系统

通过微波电光调制和光纤光栅滤波产生连续泵浦光信号,声光调制产生脉冲信号,设计了一个基于布里渊光时域分析（BOTDA）技术的单端光纤传感系统。该系统通过扫描微波频率实现布里渊谱的测量,进而获得传感光纤上温度和应变的数据。对系统空间分辨率、测量时间等性能进行了分析,并对布里渊信号进行了仿真。     

瑞利BOTDA系统的2维提升小波降噪方法

为了解决基于瑞利散射的布里渊光时域分析系统（BOTDA）中传感信号受噪声干扰严重的问题,采用2维提升小波变换算法,将测量信号从1维空间转换到2维空间,进行阈值降噪处理。通过理论分析和实验验证,取得了传统小波与2维提升小波降噪数据。结果表明,2维提升小波变换比传统小波变换信噪比提高约10dB,运算量减少了1/3;2维提升小波充分利用测量信号时间上的相关性,变换结构简单、运算速度快、降噪效果优于传统小波,适用于瑞利BOTDA系统降噪。该结果对光纤传感系统中信号降噪的研究有一定参考价值。     

基于少模光纤的单端BOTDA温度传感研究

提出了一种基于少模光纤的分布式温度传感系统,理论分析了少模光纤的布里渊散射谱和温度传感特性,将光纤末端产生的菲涅尔反射光作为探测光,搭建单端结构的布里渊光时域分析(BOTDA)系统,实现阶跃折射率两模光纤的温度传感测量。实验结果表明,阶跃两模光纤的布里渊频移与温度呈良好的线性关系,并在1km长光纤上实现了4.5m的空间分辨率、6.29℃的温度测量精度。     

一种基于BOTDA的分布式输油管线泄露检测技术

根据输油管线小规模、高精度泄漏检测要求,设计了一种以原油敏感材料为基底的应变传感光缆,并建立了布里渊频移对光缆局部应变的响应模型,用于发现并定位漏油事件。通过组建的模拟实验系统,利用BOTDA对漏油导致的布里渊频移进行分布式检测,在15mi n内准确定位了小规模漏油,并且在1.714km的长度上实现了1m的空间分辨率和0.1m的定位误差。     

一种测量气体自发瑞利-布里渊散射频谱的系统

设计了一种测量气体自发瑞利-布里渊散射频谱的系统。激光器输出波长为532 nm的连续窄带光,激光束聚焦到压力可控的密闭气体散射池中,与气体分子相互作用,产生散射信号,在散射池侧向90°方向测量气体的自发瑞利-布里渊散射频谱。使用该系统测得了氮气在温度为300 K,压强为300 kPa下的自发瑞利-布里渊散射频谱,并将实验结果与Tenti S6模型仿真结果进行了对比,分析了偏差产生的主要原因,为未来空间激光雷达大气参数的测量提供了参考。     

基于BOTDA传感技术的空间分辨率研究

空间分辨率是BOTDA传感系统的一个重要参数,其主要取决于泵浦脉冲光的宽度。为了提高BOTDA系统的空间分辨率,在不改变泵浦脉冲光宽度的情况下,采用螺旋式盘绕传感光纤的方法,分析了布里渊散射传感原理,理论上分析采用螺旋式盘绕光纤对提高实际测量空间分辨率的影响。实验中泵浦脉冲光宽度为10 ns,BOTDA系统采样间隔为0.4 m。采用1 m长螺旋式盘绕传感光纤监测0.5 m管线轴向温度分布,监测空间分辨率为0.5 m。分析结果表明,采用螺旋式盘绕光纤更有利于提高监测管线温度场的空间分辨率。     

融合BOTDA的光缆在线监测系统架构

文章系统研究了在当前EFOMS(光缆在线监测系统)上集成BOTDA(布里渊光时域分析)技术设备控制的可行性及相关方案设计,并且按照该方案分别针对EFOMS监测中心和监测站的功能结构进行改进,组建了更为完善的新一代电力特种光缆在线监测系统。该系统相比普通光缆监测系统提供了针对应力及温度的分析和测量,这对光缆分析具有重要意义。     

基于BOTDA的OPGW应变性能研究

为研究长期运行光纤复合架空地线(OPGW)的应变性能,使用高精度的分布式光纤传感监测设备布里渊光时域分析仪(BOTDA)对新缆和不同覆冰环境下的旧缆进行应变监测,对比分析了OPGW光缆内光纤的布里渊频率在长期外界环境作用下的变化.试验结果表明,运行时间和覆冰等级是影响OPGW光缆内光纤应变性能的主要因素.     

Performance improvement method of single-ended BOTDA system based on Fresnel reflection

To solve the problems of small signal intensity and low signal-to-noise ratio(SNR) in single-ended Brillouin optical time domain analysis(BOTDA) system based on Fresnel reflection, we propose and experimentally demonstrate a pulse coding single-ended BOTDA system, which can improve the SNR and temperature measurement accuracy. A single-ended BOTDA temperature sensing system using single pulse and pulse coding is designed, and the Brillouin time domain signal and Brillouin frequency shift under d...