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。     

A technique to measure distributed strain in optical fibers

The technique is based on Brillouin optical-fiber time-domain analysis (BOTDA), which uses Brillouin interaction between counterpropagating pump and probe light waves. Experimental results for fibers wound on drums at various tensions are presented. A strain measurement accuracy of better than 2×10^-5 and a spatial resolution of 100 m are achieved     

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。     

双光纤双参量布里渊光时域分析传感技术的研究

对于布里渊分布式光纤传感器(DOFS),温度或应变的变化都会引起布里渊频移谱改变,因此存在交叉敏感问题。在以往对布里渊光时域反射(BOTDR)计的双参量传感研究中,采用单根光纤,通过同时检测布里渊频移和功率变化,实现双参量传感。但对于布里渊光时域分析(BOTDA),由于受激布里渊散射的偏振相关性,不能实现对受激散射光功率的准确检测,因此难以实现单光纤的双参量传感。针对这一问题采用温度和应变系数不同的双光纤进行双参量传感。先测量了几种常用光纤的温度和应变布里渊频移系数,然后选择G652和G652成缆两种光纤,通过构建系数矩阵,由两根光纤的布里渊频移计算得出温度和应力,从而实现了温度分辨率25℃左右,应变分辨率约为200με的双参量传感。     

基于BOTDA的分布式光纤高温传感研究（特邀）

基于布里渊光时域分析（Brillouin optical time-domain analysis, BOTDA）测量技术分别研究了单模光纤、光子晶体光纤和镀金光纤在1100 ℃、1200 ℃和1000 ℃的高温传感特性,通过对石英光纤的布里渊频移（Brillouin frequency shift, BFS）跳跃现象和涂覆层燃烧现象进行研究,指出石英光纤均需要退火才能够达到热稳定状态。退火后,三种光纤的布里渊频移随温度呈非线性变化。其中,单模光纤和光子晶体光纤高温状态下涂覆层气化,二氧化硅发生晶化导致其机械强度大幅下降,因此仅能作为一次性高温传感器;镀金光纤由于金涂层具有较高的熔点和良好的气密性,高温退火后仍然能够保持良好的机械强度,因此可以作为一种重复使用的高温传感器。该研究有望为高温传感应用（如涡轮发动机内部温度监测）提供一种技术参考。     

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。     

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。     

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。     

分布式光纤应力检测技术的性能分析

为防止光缆损坏和断裂,需要对光缆受力情况进行检测。为此对BOTDR（布里渊光时域反射）、BOTDA（布里渊光时域分析）、干涉型、光纤光栅型四种光纤应力检测技术的原理和结构做了介绍,对每种检测技术的信噪比进行了分析,得出BOTDA和光纤光栅型系统的信噪比较大,最后对每种技术的优缺点进行了总结,介绍了各种技术的应用范围。     

布里渊散射在光纤拉伸应变分布测量中的应用

论述了布里渊散射测量光纤拉伸应变的原理,对近年来布里渊光时域反射计法（ＢＯＴＤＲ）和布里渊光时域分析技术（ＢＯＴＤＡ）的研究概况进行了评述,并提出了这些技术尚存的问题和可能的解决办法。     

单激光源布里渊光学时域放大系统的光路结构

提出了一种单激光源的布里渊光学时域放大(BOTDA)系统的光路结构,只需用到1台激光器,且扫频范围由高频微波频率(约11 GHz)降为中短波频率(MHz),节省了成本.建立了相应的实验系统,将传感光纤置于温控箱中进行实验,获取了布里渊散射信号随温度变化的实验数据.推导出传感光纤两端入射光频差恒定时布里渊散射信号与温度间...     

One-End-Access High-Speed Distributed Strain Measurement with 13-mm Spatial Resolution Based on Brillouin Optical Correlation-Domain Reflectometry

We demonstrate a one-end-access high-speed distributed strain sensing with high spatial resolution in optical fibers based on Brillouin optical correlation-domain reflectometry. In this work, Brillouin frequency shifts (BFSs) of a 3-cm fiber section are measured with 13-mm spatial resolution and 50-Hz sampling rate. To our knowledge, this spatial resolution is the best result ever reported in Brillouin scattering-based reflectometers, and is superior to that obtained in Brillouin optical time-domain analyzers, though the signal-to-noise ratio is deteriorated. Data processing to find the peak in the Brillouin spectrum is newly introduced to show directly the BFS with a sampling rate of 19 Hz, and the measurement of vibrated strains at frequencies of up to 4 Hz is presented under 22-cm resolution.      

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。     

布里渊光时域光纤传感中的快速测量技术

布里渊光时域光纤传感是一种连续分布式光纤传感技术,可广泛用于获取沿传感光纤的温度和应变等物理量分布。如何提高布里渊散射信号的测量和处理速度,以满足工程应用中的快速测量需求,是布里渊光纤传感领域研究者的主要关注点之一。文章通过分析传统布里渊光时域光纤传感系统的耗时来源,综述了近年来基于频率调制、功率谱测量、图像处理去噪和布里渊谱拟合方法改进等布里渊光时域传感中的快速测量技术研究进展。     

光缆拉伸应变分布测量的新方法：布里渊光纤时域分析技术

通信光缆拉伸应变分布测量对于保证光纤通信线路的长期可靠性具有十分重要的意义。文章论述了布里渊光纤时域分析技术的背景、现状、描述了该技术的基本原理，存在的问题以及目前研究的最新进展。     

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.     

Bandwidth-reduced Brillouin optical time-domain analysis based on a quarter of the frequency of modulation

Aiming at the problem of high requirement for the signal generator in the Brillouin optical time-domain analysis(BOTDA) system, a quarter of the Brillouin frequency shift(BFS) of modulation is proposed to reduce the required bandwidth of the sensing system. A functional model for solving the intensity of each-order sideband of the output light of electro-optic modulator(EOM) is proposed and applied, so the spectrum with suppressed the carrier and the first-order sidebands while maximizing the se...     

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。     

Research and analysis of Brillouin distributed sensing system based on quasi-single-mode few-mode fiber

A distributed fiber sensor was fabricated by splicing two single-mode fibers(SMFs) using the few-mode fiber(FMF) technique. A Brillouin optical time domain analysis(BOTDA) system was developed to measure the sensor’s temperature and bending performance. Two-mode and four-mode step FMFs were combined to splice the few-mode segment. The results indicate that the temperature response coefficients of the few-mode segment are only slightly higher than those of the connected single-mode segment, measu...