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。     

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。     

基于随机分布式反馈光纤激光器的100km布里渊光时域分析系统

将波长为1 366nm光纤拉曼激光器泵浦产生的1 455nm随机分布反馈(RDFB,radom dis-triduted feedback)激光作为1 550nm的布里渊光时域分析(BOTDA)传感信号的二阶泵浦和放大,从而延长传感距离,实现长距离的温度检测。实验结果表明,系统的传感距离可达到100km,空间分辨率达到±4m。     

基于布里渊增益-损耗效应的编码DPP-BOTDA传感器

受光纤中声学声子10 ns的寿命的影响，传统布里渊光时域分析（BOTDA）传感器往往不能做到1 m以内的空间分辨率。利用差分脉冲对（DPP）技术可以突破该限制，实现更高的空间分辨率。但是传统的DPP技术存在测量时间长、差分信号间同步难度高和信噪比低等问题。本文提出一种基于布里渊增益-损耗效应的编码DPP-BOTDA系统，通过将处于斯托克斯频率和反斯托克斯频率的泵浦脉冲光同步注入光纤，利用散射光的布里渊增益-损耗效应在光路上差分，解决了信号间的同步问题，并且测量时间只需要传统DPP技术的一半。还分析了传感系统中掺铒光纤放大器增益特性对脉冲序列解码结果的影响，对增益不均匀条件下的编码增益进行了理论计算。实验结果表明，该系统可以实现50 cm的空间分辨率，与传统的单脉冲DPP-BOTDA系统相比，信噪比提高了3 dB。     

基于双边带干涉的预泵浦布里渊光时域分析系统

为了降低布里渊频谱展宽造成的拟合误差,提出采用双边带连续光作为探测信号,并利用干涉谱进行传感.与传统的布里渊增益谱相比,所得频谱在共振频谱附近具有更窄的线宽,预泵浦温度传感中双峰拟合的误差减小,系统的频率分辨率得到了提高,从而实现高空间分辨率和高频率分辨率的基于双边带干涉的预泵浦布里渊光时域分析(BOTDA)系统.实验...     

高空间分辨率长距离分布式光纤振动传感系统

正相位敏感光时域反射仪(φ-OTDR)以其具有动态监测性能而被广泛研究。在传统φ-OTDR中,传感距离和空间分辨率存在矛盾的关系。光纤中脉冲光功率受限,且空间分辨率由脉冲宽度决定,而脉冲宽度的减小会导致传感距离减小。目前,大多数φ-OTDR系统在传感距离大于10km时,空间分辨率仅能达到数米至数十米。本课题组提出的扫频脉冲(FSP)φ-OTDR采用扫频脉冲作为探测光,在接收端对信号进行类似     

不同脉冲编码调制的BOTDA系统性能分析与比较

研究了基于脉冲编码调制的布里渊光时域分析(BOTDA)系统原理,该系统向传感光纤注入经脉冲编码调制后的光脉冲序列,在接收端用数据处理程序恢复系统的单脉冲响应,从而提高BOTDA系统的信噪比、温度和应变分辨率.理论研究了BOTDA系统中Simplex码、Golay码和CCPONS码的编码和解码原理;利用Matlab仿真研究了不同脉冲编码调制的BOTDA系统的时域输出信号,并对比分析了三种编码对系统信噪比的改善情况,结果表明采用脉冲编码技术可使BOTDA系统性能得到有效提升,CCPONS码调制时可获得最佳系统性能,Simplex码次之.     

基于CCPONS和Walsh组合脉冲编码的BOTDA系统信噪比提高方法

研究了基于脉冲编码调制的布 里渊光时域分析 (BOTDA)系统工作原理,首先向传感光纤内输入经过脉冲编码调制之后的光脉冲序列,然后 在接收端用数据 处理程序恢复出系统的单脉冲响应,从而提高BOTDA系统的信噪比、温度和应变分辨率。为 了提高BOTDA 系统的信噪比,提出了一种将CCPONS编码与Walsh编码结合的新型编码,分析了其应用于BOT DA系统的 编解码原理,推导了分别引入CCPONS编码、Walsh编码和组合编码的BOTDA系统信噪比增益, 并分析验 证了三种编码对系统信噪比的改善情况,结果证明组合编码对系统信噪比提升效果最好。     

基于布里渊损耗的单端分布式光纤传感系统研究

基于布里渊散射的分布式光纤传感系统以其可在整根光纤中同时得到被测量场在时间和空间上的连续分布信息,进而成为传感领域国内外研究的热点。针对传统的布里渊光时域分析分布式传感器只能双端入射且成本较高的缺陷,探索性地提出了一种新型的单端布里渊损耗光时域分析传感结构。采用一台窄线宽激光器作为唯一光源,应用铌酸锂电光强度调制器调制入射光产生频移可调的脉冲泵浦光,与经过光纤布拉格光栅反射的连续探测光进行布里渊散射放大效应。通过检测探测光光功率,采用洛伦兹和高斯函数线性权重谱和Levenberg-Marquardt算法得到了不同脉宽下整根光纤布里渊损耗谱。实验结果初步证明了这种传感结构对于分布式测量是可行的,对单端BOTDA的研制具有一定的供参考价值。     

一种新型瑞利BOTDA系统的研究

搭建了一种新型的基于瑞利散射的布里渊光时域分析（Rayleigh Brillouin optical time domain analysis, RBOTDA）传感系统。该系统工作在单端,能克服传统 BOTDA双端接入的缺点;采用两个EOM并联的结构产生含有连续基底光的脉冲光,探测光由基底连续光的瑞利散射提供,避免了多种受激布里渊散射（stimulated Brillouin scattering,SBS）作用带来的干扰,信噪比更高,传感距离更长;采用双边带探测方法,有效减少泵浦脉冲的损耗与非本地效应。建模解析了该系统中的SBS作用过程,并实验验证了系统的可行性。结果表明,布里渊增益谱完好地贴合洛伦兹曲线,非本地效应得到了有效的抑制;在2.4 km光纤上,室温25℃下泵浦脉宽50 ns时,布里渊频移为10.867 GHz,布里渊线宽约为40.21 MHz。     

基于分布式光纤布里渊散射的油气管道应力监测研究

为了进一步提高油气管道的监测,提出了一种基于分布式光纤布里渊(Brillouin)散射的油气管道的应力监测方法,并对模拟性油气管道进行了实验研究。通过分析应变与布里渊频移之间的关系,研究了管道的形变,并且对如何布置光纤进行了研究。实验结果表明,布里渊散射光纤传感技术能够准确监测并识别管道的应力变化。在长为200m光纤中,应变分辨率达2με,空间定位分辨率达到0.5m。     

布里渊光时域分析仪与马赫-曾德尔干涉仪共同检测传感技术

布里渊分布式光纤传感器适用于测量静态的温度/应力,而马赫-曾德尔干涉仪分布式光纤传感器(DOFS)可测量动态的应变变化。许多应用场合需要静态和动态的传感信息,这是单机理分布式光纤传感器难以达到的。由于布里渊光时域分析仪(BOTDA)和马赫-曾德尔干涉传感器都采用双向环路传感光纤结构,通过共用光源和主要光器件,将布里渊光时域分析仪和马赫-曾德尔干涉传感器相结合。利用布里渊传感测温度,马赫-曾德尔传感器测振动,从而可实现多机理多参量传感。搭建了25 km传感实验系统,对于马赫-曾德尔振动传感,定位精度达到60 m,并可计算振动频率;对于布里渊传感,在没有振动时传感光纤的始端和末端都为2 ℃的测量精度,但在振动时得到始端为3 ℃、末端为4 ℃的测量精度。     

基于脉冲光的布里渊散射阈值分析

针对连续分布式布里渊光纤传感器的传感特性与阈值问题,根据光纤中泵浦光与斯托克斯光之间耦合波方程,推导出布里渊散射阈值的关系式,通过计算分析该关系式与入射光的脉冲宽度、光纤半径和温度的关系,提出了基于脉冲光布里渊散射的阈值理论估算模型。在实验中,利用布里渊光时域反射仪系统,得出了脉冲光布里渊阈值特性,并与理论模型的结果进行对比分析,实验证明了该脉冲光阈值模型的结果与实验得到的布里渊阈值能够较好的吻合。     

基于布里渊光时域分析分布式光纤漏油传感器

研究了一种新型基于布里渊光时域分析(BOTDA )的光纤漏油传感器,可在min量级发现小规模 漏油事件,主要用于长距离输油管线、油库等场所的实时漏油监测。通过模拟监测输油管道 输运状态,将 光纤埋敷于特种油敏材料中沿输油管线铺设,用BOTDA仪实时监测光纤布 里渊频移,可快速发 现并定位漏油事件。实验证明了本文技术的可行性,能够在10min内 准确定位小规 模漏油事 件,采用DiTeStSTA-R系列BOTDA仪,在1.7km的传感光纤上实现了 0.1 m的定位 精度。     

分布式光纤传感双通道调制光源设计与测试

为了满足布里渊光时域分析(BOTDA)光纤传感系统需要频差为布里渊频移的两种激光输出光源的需求,采用布里渊环形腔频移和电光调制的方法设计了双通道光源系统。根据光源的脉冲宽度、重复频率、扫频量等参量,对双通道调制光谱输出进行了仿真,并采用现场可编程门阵列配合直接数字式频率合成器技术的方案建立了系统实验装置,实现了脉冲探测光和扫频抽运光两种激光输出。脉冲探测光输出最小脉宽达10ns,扫频抽运光输出扫频范围达0MHz~90MHz,扫描频率步进值为30Hz,时间步进为1.6s。结果表明,该光源技术参量满足BOTDA系统的要求,不需引入高频微波信号源等高速器件,信号采集模块可采用100MHz以下光电探测器件实现,降低了系统成本。     

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。