基于BOTDA技术的电缆温度监测

由于海底电缆深埋海底,其运行状态的监测尤为重要。因此,提出基于光纤光时域反射（OTDR）的布里渊时域反射分析技术（BOTDA）的分布式光纤传感器对复合海缆进行温度监测。简单介绍了BOTDA技术的原理以及温度监测的实验。对实验测得数据进行数据拟合处理和分析。从实验的数据分析中得出基于BOTDA技术测量出电缆温度的变化趋势和实际温度变化趋势是基本吻合的。从而验证了该技术测温误差小、响应时间短、运行可靠且能实现长距离测量,可有效应用于电缆温度在线监测,为电缆导体温度的确定提供有效的参考依据。     

基于BOTDA的分布式光纤传感技术研究进展

文章阐述了布里渊光时域分析(BOTDA)的原理以及布里渊频移与温度和应变的关系,对目前国内外的研究现状,从研究方法、温度、应变和空间分辨率及测量动态范围等方面进行了详细介绍.分析了国外现有的基于BOTDA技术的商用化产品及具体指标,以及BOTDA技术存在的主要问题.最后给出了基于BOTDA技术的光纤传感技术的应用领域和发展趋势.     

高空间分辨率分布式光纤传感技术的研究进展

对三种基于布里渊散射的高空间分辨率分布式光纤传感技术,即布里渊光纤时域分析暗光脉冲技术、布里渊光相关域分析及布里渊光频域分析技术,进行了详细阐述.分析了每种技术的工作原理,对每种技术所采用的实验系统配置、所能达到的空间分辨率进行了介绍,并对其存在的局限性进行了说明.     

分布式光纤应力传感器的空间分辨率与灵敏度

介绍了应用保偏光纤中HEx11、HEy11模的耦合相干原理制作的分布式光纤应力传感器的空间分辨率与灵敏度 ,分析了提高传感器分辨率与灵敏度的途径。     

光纤带宽对分布式光纤测温系统空间分辨率影响的实验研究

本文通过实验分析了多模光纤带宽对分布式光纤测温系统空间分辨率的影响。实验结果表明,多模光纤带宽处于500MHz*Km至6000MHz*Km范围内时,测温系统空间分辨率呈现先升高,后下降的趋势。为进一步通过优化光纤指标来提高分布式光纤测温系统的系统指标提供了数据支持。     

基于BP神经网络的长距离分布式光纤传感高空间分辨率定位算法

为解决基于数字编码移相-积分测距系统中，因发送序列与本地序列之间的真实相位差非1 bit码长的整数倍而影响测量结果准确性这一问题，文中提出一种基于BP神经网络长距离分布式光纤传感高空间分辨率定位算法。该算法根据BP神经网络判断1 bit内细分程度并与传统算法相结合实现动态测距。实验结果表明，基于BP神经网络长距离分布式光纤传感高空间分辨率定位算法的长距离定位精度平均相对误差从0.23降低到0.035，弥补了空间分辨率与准确率受数字码本身局限性的问题，为大规模基础设施的长距离、高精度实时监测提供了可能。     

热象仪的空间分辨率与温度分辨率

本文讨论了热象仪空间分辨率和温度分辨率的物理意义，作者认为，把瞬时视场称作空间分辨率，把噪声等效温差称作温度分辨率是值得商榷的。     

PTR技术中空间分辨率的频率特性

给出了光热辐射测量（ＰＴＲ）技术中空间分辨率的定义。理论分析和实测结果表明，空间分辨率随调制频率的升高而提高。     

利用过采样探测提高线阵扫描相机的空间分辨率

从航天工程的特殊工作环境出发,不单纯在理论上推导如何提高线阵扫描相机的空间分辨率,而是在远距离、低能量的环境下,从系统的角度研究了图像配准程度、信噪比和时间分辨率对空间分辨率的影响关系,进而提出了过采样探测系统的设计约束条件.在不能降低相机时间分辨率和信噪比的条件下,提出了一种利用过采样技术将线阵扫描相机空间分辨率提高20%的新方法.     

热象仪的空间分辨率与温度分辨率

本文讨论了热象仪空间分辨率和温度分辨率的物理意义，作者认为，把瞬时视场称作空间分辨率，把噪声等效温差称作温度分辨率是值得商榷的。     

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。     

BOTDA传感系统的布里渊频移提取方法研究进展

随着布里渊光时域分析(BOTDA)传感技术在许多大型基础工程设施安全监测中的广泛应用,对测量精度和实时性的要求日益提高.采用传统的最小二乘曲线拟合方式对布里渊散射谱进行布里渊频移提取,其测量结果的精度依赖于参数初始值的选取和噪声的影响,并且拟合算法的参数迭代求解过程增加了数据处理的时间,降低了工程实时性.文章综述了多种非线性参数优化估计的曲线拟合算法和基于神经网络的布里渊散射谱特征提取的混合优化算法,介绍了无需经过曲线拟合的互相关法(XCM)、深度学习法(DL)和亚像素级精度的重心提取算法(CDA),这些算法能适应更大的扫频步长,实时性更好.     

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.     

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.     

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.     

基于压缩感知的BOTDA性能增强方法

为了提高布里渊光时域分析系统(BOTDA)在长距离监测应用中的实时性,提出了一种基于压缩感知的布里渊光时域系统实时性增强方法。该方法包含稀疏表示、随机采样和信号重构三个部分。首先采用K-均值奇异值分解算法获得布里渊增益谱的稀疏表示,然后通过高斯随机采样和正交匹配追踪算法进行布里渊增益谱重构。为了验证所提方法的性能,仿真生成了不同信噪比水平的布里渊增益谱,搭建了45 km的布里渊光时域系统进行温度传感实验。仿真和实验结果表明:在累加平均次数为100时,所提算法将信噪比提升了6.37 dB,优于累加平均次数3000时的10.13 dB,对应测量时间减少了1/30;采用8 MHz步长数据重构布里渊增益谱,该方法的重构结果与4 MHz步长数据的相关系数为0.9992,对应扫频时间减少了一半。所提算法在保证测量精度的同时提升了测量实时性。     

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。     

基于经验模态分解的单端BOTDA系统降噪方法研究

针对单端布里渊光时域分析(BOTDA)系统存在噪声大、信噪比较低等不足,提出一种基于经验模态分解的降噪方法。理论分析经验模态分解的降噪原理和少模光纤单端布里渊光时域分析传感原理,通过搭建的单端结构布里渊光时域分析温度传感系统,对经验模态分解的降噪效果进行对比分析。实验和仿真结果表明,经验模态分解算法对温度传感系统具有良好的降噪效果,降噪后信噪比提升了约3.06 dB,温度测量精度提升了约0.98℃。     

分布式光纤传感中布里渊动态光栅研究现状与发展趋势

在保偏光纤两端同一偏振方向上注入两束泵浦光,产生受激布里渊散射并激发出相干声波场,该声波场会对介质折射率进行调制,即形成布里渊动态光栅。利用该动态光栅可实现温度与应变高精度的分布式测量以及多参量的同时传感,并具有读写分离、光谱可调等优点。文章从原理上详细介绍了布里渊散射与布里渊动态光栅的产生原理,并对比分析了布里渊动态光栅在光纤传感方面的优势。针对现阶段布里渊动态光栅在布里渊光相干域与布里渊光时域中的应用进行详细综述,指出了各自的不足与改进后取得的进展。最后,对布里渊动态光栅在分布式光纤传感技术中的发展进行了总结与展望。