分布式光纤测温系统分辨率影响因素研究

应用分布式光纤测温系统对船舶电力系统进行在线监测时,由于船舶电缆的特殊运行环境,对测温系统的空间分辨 率和温度分辨率提出了更高的要求,而在基于拉曼散射双路解调的分布式光纤测温系统中,系统的空间分辨率、温度分辨 率、时间分辨率和测温距离相互制约。 为设计满足船舶电力系统在线监测需求的测温系统,分析了系统空间分辨率的影响 因素,并在此基础上建立了基于光时域反射技术的分布式光纤测温系统的等效模型,分析了不同影响因素之间的主次关系; 基于拉曼散射光强度公式推导出了准确性更高的系统温度分辨率影响模型;在此基础上得到了空间分辨率、温度分辨率、时 间分辨率和测温距离之间的相互影响公式,为分布式光纤测温系统的性能指标设计提供了参考,在测温距离较短时,通过进 一步增大累加次数和减小泵浦光脉宽,可在保证空间分辨率和时间分辨率的条件下提高空间分辨率。 搭建实验平台对所提 出的方法进行验证,通过调节累加次数和脉冲宽度在 500 m 的测温距离达到了温度分辨率 0. 65℃ 、空间分辨率 1 m、时间分 辨率 1 s 的分辨率指标。     

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。     

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。     

基于分布式光纤的实验室环境温度均匀性测量

分布式光纤作为一种新型温度探测器,可实现沿光纤分布线或点的实时温度测量。将光纤立体布局可获得实验室三维空间的温度分布,采用编码激光脉冲串及单一高灵敏雪崩光电探测器、低噪声放大电路、高速数据采集及信号处理模块等,进行了系统设计、制作、测试与分析,提高了测温灵敏度、定位精度与空间分辨率。应用与测试结果表明,分布式光纤测温系统可以实时、连续地测量实验室的环境温度,在掌握实验室环境温度均匀性方面具有独特的优势,具有实用与推广价值。     

带式输送机光纤测温监测系统的研究

为了解决输送机感温电缆测温精度低、报警方式单一、性价比低的问题,提出了一种基于分布式光纤测温原理的光纤测温监测系统。该系统通过拉曼散射光原理及DTS技术提升了对输送机运行监测的稳定性及定位精确性,同时通过分区域设置预警温度,能够实现输送机在不同区域的分布式温度监测和预警。根据实际应用表明,新的输送机光纤测温监测系统,监测精度可以控制在±1℃以内,定位精度在200 mm以内,实现了对整个输送机系统的无盲区、高精度监测。     

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IEEE1451的网络化电缆温度实时监测装置

描述了在电力系统中采用光纤温度传感器进行测温的方法,并在此基础上介绍了一种基于IEEE1451的网络化传感器的基本特点,实现了通用网络接口设计方案.这种用于电力系统特殊条件下测温的网络化分布式电缆温度实时检测系统集光纤技术、现代传感器技术、网络技术和计算机测控技术于一体,实现现场测试数据实时在线监测.最后介绍了在某市电网桃苑变至船山变110 kV高压电缆温度监测工作地实际应用情况.试验结果说明该技术温度误差小、定位精度高、响应时间短、运行可靠且能实现距离大范围测温,可有效应用于电缆的温度在线监测,为电缆载流量的确定提供有效的参考数据,具有良好的应用前景.     

基于光时域反射法的分布式光纤应力传感器

研究了光纤时域反射仪的基本原理和光纤的微弯损耗机理，在此基础上开发了一种用光时域反射仪(OTDR)进行探测的分布式光纤应力传感器。对光纤微弯调制机构和传感器系统进行了设计与实验，分析了系统的灵敏度和空间分辨率的影响因素，实现了空间分辨率3m，测量范围1km的测量精度。现场实验表明：对山体滑坡等事故的发生能实现及时准确的灾害预报。     

30km分布光纤温度传感器的空间分辨率研究

分布光纤温度传感器是一种比较新型的传感器系统，它可以实时测量空间温度场的分布。空间分辨率是分布光纤温度传感器的一个重要参数。在30km分布光纤温度传感器系统的研制过程中，对系统的空间分辨率进行了优化设计。入射激光脉冲的宽度决定了系统空间分辨率的上限。光电接收系统和电系统的带宽也会影响系统的空间分辨率。电系统的带宽必须和激光脉冲的宽度相匹配。系统的空间分辨率既可以直接测量，也可以通过测量光纤末端菲涅尔反射的半宽度来间接测量。经过优化设计，在30km的系统中，空间分辨率达到了3m。     

基于分布式光纤测温技术的LNG泄漏监测系统

介绍了光纤拉曼散射效应测温和光时域反射定位的技术原理,针对传统点式测温传感器在实际应用中存在的漏检和定位不精确等问题,提出了基于分布式光纤测温技术的LNG泄漏监测系统,该系统采用双通道校正测量模式,提高了温度测量和泄漏定位的准确度,从硬件组成和软件功能两方面对该系统进行了详细的阐述。     

基于改进小波阈值的分布式光纤温度传感数据处理

温度分辨力和空间分辨力是分布式光纤温度传感系统相互制约的两个关键指标,针对分布式光纤温度传感系统的噪声特点,提出一种改进的小波阈值选取方法,将其应用于含突变热点的温度分布数据小波去噪处理。去噪结果表明,改进的阈值选取方法在光纤尾端处能更加有效抑制温度曲线噪声,使光纤尾端的温度分辨力从1.47℃减小到0.56℃,SNR提高2.63倍,获得良好的去噪效果。     

Zigzag pattern of Brillouin OF sensor for spatial resolution enhancement

Brillouin optical fiber (OF) sensing technology shows superior potential for structural health monitoring with the advantages of distributed strain and temperature measurement, immunity of electromagnetic interference and so on. However most of current commercial Brillouin OF sensing systems have encountered spatial resolution bottleneck, which cannot deal with local high-precision measurement. A zigzag pattern of Brillouin OF sensor is developed explicitly for spatial resolution enhancement in this paper, and a relative zigzag optical fiber sensor is produced and packaged by fiber reinforced polymer (FRP). Their characteristics are studied by using the strain measurement of one small-size uniform strength beam. From the experiments, the zigzag pattern exhibits excellent performance for strain measurement with high-precision and enhances the spatial resolution to a certain degree without changing the Brillouin sensing instrument’s performance itself.     

利用超短FBG光谱线性区的传感解调系统

为了研究一种星载光纤光栅传感解调系统,通过高掺锗光纤载氢增敏和优化紫外曝光功率,实现了栅区长度小于0.5mm,反射率大于40%,3dB带宽大于5nm,反射谱边缘有效线性区域大于2nm的超短光纤光栅的写制。提出了一种将超短FBG作为传感器件,利用其光谱线性区进行传感解调的方法。将中心波长位于光谱线性区域的稳频激光入射到超短光纤光栅,随着超短光纤光栅光谱的漂移,反射光的功率随之变化。由于稳频激光位于线性区域,返回光功率与光谱漂移量呈线性关系,因而可实现传感测量。将该系统用于应变和温度的测量,结果表明,光功率随应变、温度变化具有较好的线性关系,线性度分别为0.997和0.999,灵敏度分别为54.59nW/με和230nW/℃。该方法可用于温度及应变的精确测量,并且具有结构简单、功耗小、测量空间分辨率高等潜在优势。     

Techniques for DFB Fiber Laser Based Accelerometer

A distributed feedback fiber laser based Bragg grating vibration sensor system is proposed.Demodulated by using an unbalanced M-Z interferometer,experiment demonstrates that the system runs at a sensing sensitivity of about 257.2 rad·s2/m and a resolution of 4.2×10-5 m/s2 for monitoring acceleration.Experimental results show that the phase-shift changes with the acceleration linearly.     

Application of optical sensing system in heavy oil recovery

While the heavy oil recovery in China is switching from the traditional Cyclic Steam Stimulation to the more innovative Steam Assisted Gravity Drainage (SAGD), real-time reservoir monitoring system become more and more important for petroleum industries, but tradition electrical systems’ performance on spatial resolution are not good enough. In this paper, we present an optical sensing system based on OTDR and corresponding interpretation, which can obtain the real-time temperature profile and its spatial resolution and temperature resolution is much higher than tradition electrical monitoring system. We utilized this system into the heavy oil recovery in Xinjiang oilfield, the experiment result shows that the position of steam cavity leading edge. This system can provide deep insight into the status of oil recovery process and provide basic data for the following operation.     

光纤光栅空分光复用传感系统的研究

介绍了一种光纤光栅空分复用传感系统,并将光纤光栅的传感特性应用于结构健康检测系统中。宽带光源发出的光波进入光栅阵列时,利用光开关选通不同光路实现FBG空分复用传感系统。系统采用等腰三角形悬臂梁调谐装置对FBG进行挠度加载,利用非平衡M-Z干涉技术对传感信息进行解调,将包含被测应变信息的FBG波长信号转变成相位信号,从而得到被测应变的大小,成功地实现了空分复用传感。该系统可用于静态应变和动态应变的检测,具有高分辨力、大测量范围的特点,其传感分辨率为7.3 nε,灵敏度的实验值为0.82°/με。