相干自外差布里渊光纤传感系统设计及性能分析

设计了一个外差检测式布里渊光纤传感系统,采用逐步调节微波本振信号与布里渊电信号相外差的方法,实现了布里渊信号的频移和强度的同时测定,从而实现光纤温度和应变的同时测量.最终实现了10 km传感距离1 m.的空间分辨率的基础上,0.5 K的温度分辨率和105με的应变分辨率.     

基于IEC 60287和有限元法的高压海底电缆温度场分析方法

高压交联聚乙烯(XLPE)海底电缆结构复杂、敷设环境特殊,分析导体温度时需要考虑较多因素。笔者详细介绍了海缆分层及参数计算注意事项,参照IEC 60287标准进行计算,建立了海缆的精确热路模型,获得了海缆导体温度及各层温度的矩阵方程。采用有限元方法仿真了不同环境温度及负荷下的海缆温度场,环境温度在14~24℃之间、电流在100~500 A之间变化时,热路模型与有限元仿真获得的导体温度偏差小于0.3℃。仿真结果表明,热路模型得到的导体温度及各层温度关系的计算精度满足要求,且与外界环境温度无关,为精确计算海缆导体温度提供参考。     

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。     

φ-OTDR振动传感系统中的相位模糊问题

针对-OTDR振动传感系统中的相位模糊问题,推导了背向瑞利散射光功率与干涉光场相位差、干涉光场相位差与光纤应变的关系式,分析了相位模糊现象的发生原因及表现形式,研究了相位模糊对传感系统性能的影响及系统最大可检测应变与空间分辨率的关系,并进行了仿真验证。结果表明:相位模糊是限制系统应变测量范围的主要因素,它会引起振动频率的误判和振动幅度的测量错误,还可能导致大应变信息的漏报;系统空间分辨率越高,应变测量范围越大,说明-OTDR振动传感系统适用于高空间分辨率振动的测量。研究结果为-OTDR振动传感系统参数设计和系统优化提供了理论参考。     

一种基于虚拟仪器的自动偏压控制方案

在光纤通信与光纤传感系统中,电光调制器(EOM)起着十分重要的作用.但由于受温度、波长、光功率变化和偏振等因素的影响,EOM工作点缓慢漂移,使整个系统工作不稳定,必须对其进行偏压控制.文章利用锁相放大器的原理结合虚拟仪器技术提出了一种简便的自动偏压控制方案,并进行了初步的实验,实验结果验证了理论分析的正确性和使用虚拟仪器技术进行偏压控制的可行性.     

光电复合海缆有限元建模与仿真

海底电缆中的钢丝铠装层结构复杂,呈多变的空间形状,建立精确的铠装层模型对研究光电复合海底电缆力学性能至关重要,而目前仍存在应力、应变、位移等性能不清等诸多难题.为解决上述问题,首次提出了电缆铠装层的精确建模方法与ANSYS有限元分析软件相结合,对光电复合海底电缆进行了整体建模,并构建了一种典型的单内铠光电复合海底电缆,采用拉伸试验仿真与实物测试结果比较,证明了铠装层建模方法的可行性与准确性,为降低实际试验所需的高昂物力提供了一种有效解决方法.     

小型FBG解调系统中数据采集的实现

为了实现FBG解调系统的小型化和低功耗,提高FBG传感信号的采集精度,设计了一种用于小型化FBG解调仪的数据采集系统。该系统以DSP和CPLD为硬件开发平台,应用高精度A/D转换芯片采集光电检测器输出的电信号,完成了软硬件调试。实验结果表明,该系统能够准确地采集FBG光谱信号,满足FBG传感系统波长分辨率、采集速度和数据存储容量的要求。     

高压电缆用分布式光纤传感检测系统

电力电缆线路运行时的温度和应变在线检测是保障电力系统安全与稳定的必要措施。介绍了用于高压电缆在线监控的分布式光纤传感检测系统方案。详细阐述了检测系统中测量设备的选择,研究了适用于电力系统复杂环境中的温度和应变测量的新型传感光纤——碳密封涂覆光纤,并对这种传感光纤的安装方式进行了探讨。分布式光纤传感检测系统将在高压输电电缆系统的在线检测方面有很大的应用前景。     

基于BOTDR监测数据的光纤复合海底电缆状态预测

为了判断光纤复合海底电缆状态的发展趋势,及时发出故障预警信号,提出了基于加权最小二乘支持向量机(WLS-SVM)的海缆BOTDR监测数据多步预测模型。利用Birge-Massart策略计算实测数据小波分解后不同尺度上的阈值,使用软阈值法消除随机噪声对预测准确性的影响;在混沌序列分析的基础上,采用G-P算法进行相空间重构,确定最佳嵌入维数,同时验证频移时间序列的混沌特性;将重构相空间中的相点馈入到WLSSVM模型完成递归多步预测;最后对海缆两个典型位置处测点进行了频移6步预测。结果表明,递归6步预测的最大平均相对误差为1.80%,具有比标准支持向量机预测结果更高的预测精度和更好的适用性。