分布式光纤温度和应变传感技术的研究进展

文章针对分布式光纤传感技术现状,介绍了基于相干光时域反射和双脉冲布里渊光时域反射的两种光纤传感技术,这两种温度和应变传感具有高测量精度、高空间分辨率等优点,可广泛应用于国防、科研等领域.详细分析了两种传感方法的系统方案和实现原理,指出了每种方法的关键技术及创新点.探讨了分布式光纤温度和应变传感技术的发展趋势.     

Mach-Zehnder干涉仪差分检测布里渊温度和应变同时传感系统

分析了基于自发布里渊散射的温度和应变分布同时测量原理,针对已报导的外差检测和直接检测系统中存在的问题,提出了一种基于单通光纤Mach-Zehnder干涉仪(MZI)的双端差分检测布里渊温度和应变同时传感系统,通过理论分析证明了系统的可行性。该系统具有成本低,实现简单,可消除光源频率不稳定性干扰等特点,在分布式光纤温度和应变同时测量中具有广阔的应用前景。     

应用布里渊传感技术监测电缆绝缘老化

分析了地下电缆绝缘老化机理,给出了光纤布里渊温度和应变分布同时测量原理.针对地下电缆绝缘老化故障点附近出现高温、高应变的现象和现有监测方法存在的问题,在比较几种现有布里渊测量方案的基础上,设计了基于布里渊光时域反射技术的地下电缆绝缘老化在线监测系统,并对系统的监测方法和组网方式进行了探讨.     

基于光透射特性的磁流体传感器研究北大核心

研究了磁流体传感器在无磁场和有磁场情况下光透射特性的变化情况。施加磁场后,透射光功率与入射光功率之间呈非线性关系,且在不同磁场强度下透射光功率随入射光功率增大的过程中均在某一区间突然大幅增大。突然增大的区间具有最高的灵敏度,区间范围与磁流体传感器的薄膜厚度及入射光功率有关。     

一种利用布里渊谱宽确定光纤SBS阈值的新方法

针对传统的通过功率信息测量所得受激布里渊散射阈值偏高的问题,提出了一种利用布里渊散射谱宽确定光纤受激布里渊散射阈值的新方法。分析了本地外差检测的原理及布里渊散射谱宽与入纤光功率的关系;设计了基于本地外差检测的布里渊散射谱测量系统,在常温下对不同长度标准单模光纤的受激布里渊散射阈值进行了测量。实验结果表明:当光纤长度分别为48.8 km和9.5 km时,根据功率信息获得的受激布里渊散射阈值对应的布里渊散射谱宽均接近恒定值10 MHz,此时已发生严重的泵浦耗尽效应。利用布里渊散射谱表现出的低入纤功率时谱宽的线性下降特性和高入纤功率时谱宽的功率无关特性确定的两种光纤长度下的受激布里渊散射阈值分别为1.12 mW和3.8 mW,对应的布里渊散射谱宽分别为24.86 MHz和23 MHz,其值近似等于布里渊自然线宽。文中的研究结果对布里渊光时域反射系统最大入纤光功率的确定具有重要的参考价值。     

A performance enhanced Rayleigh Brillouin optical time domain analysis sensing system

Aiming at the problem of large fading noise in Rayleigh Brillouin optical time domain analysis system, a wavelength scanning technique is proposed to enhance the performance of the temperature sensing system. The principle of the proposed technique to reduce the fading noise is introduced based on the analysis of Rayleigh Brillouin optical time domain analysis system. The experimental results show that the signal-to-noise ratio (SNR) at the end of optical fiber with length of 50 m after 17 times wavelength scanning is 5.21 dB higher than that with single wavelength, the Brillouin frequency shift (BFS) on the heated fiber with length of 70 m inserted at the center of sensing fiber can be accurately measured as 0.19 MHz, which is equivalent to a measurement accuracy of 0.19 °C. It indicates that the proposed technique can realize high-accuracy temperature measurement and has huge potential in the field of long-distance and high-accuracy sensing.     

COTDR散射信号相关特性的研究

在基于相干光时域反射计的分布式光纤温度与应变传感原理的基础上,对不同频率入射光的后向瑞利散射信号在频域上的相关特性进行了分析。用后向瑞利散射的离散模型来说明后向瑞利散射信号在传感光纤中传播的原理,用MATLAB软件对COTDR(相干光时域反射)过程进行了仿真和分析,对不同脉冲宽度的入射信号的功率及相关特性进行了分析研究。结果表明,输入脉冲宽度与频域相关带宽成反比,即传感位置精度与温度或应变精度成反比。     

基于DP-BOTDR的500kV变压器绝缘监测系统设计

针对传统布里渊光时域反射传感系统空间分辨率低的问题,详细分析了基于双脉冲布里渊光时域反射(DP-BOTDR)的传感系统原理,并对DP-BOTDR系统的性能进行了仿真,结果表明DP-BOTDR技术具有高测量精度、高空间分辨率的优点。根据500kV电力变压器绝缘性能在线监测需要和绕组结构,探讨了DP-BOTDR系统在500kV变压器绝缘监测中的应用方案,设计了基于DP-BOTDR光纤传感技术的变压器在线监测系统。