OTDR原理及其应用

介绍了OTDR的测试原理和基于OTDR的分布式光纤传感器的传感原理,总结了它们在各个领域的应用情况,并指出了未来的发展趋势。     

双向EDFA在长距离分布式光纤传感系统中的级联方案

长距离光纤传感中需要利用EDFA来实现光放大,降低光损耗,在某些需要光互易结构的特殊应用中,比如相位OTDR分布式光纤传感系统以及长距离基于Sagnac或Michelson结构的光纤传感系统中,还要求传感光纤线路上的EDFA可以进行双向的光放大.在长距离光纤传感过程中往往还需要级联多个双向EDFA,这会给系统调试带来复...     

分布式光纤传感中用于快速检测的软硬件设计

针对目前分布式光纤传感系统检测速度慢的缺点，利用可编程逻辑器件(FPGA)芯片为核心设计能快速检测的数据采集系统，将1次全量程检测时间从30 s甚至几分钟缩至10 s以内，使得分布式光纤传感接近实时. 分布式光纤传感技术是光纤传感中最有应用前景的技术之一，其最大的优点是能实现大范围超长距离检测.介绍布里渊和拉曼这两类分布式传感的传感原理以及其重复性、帧结构的传感数据特点. 根据该特点设计基于FPGA内部的多个先入先出（FIFO）的超长环形队列进行数据缓冲和求均算法操作，对信号进行降噪处理，并设计基于USB20协议的CY7C68013A数据传输模块将数据传输到上位机显示和存储. 结果表明，该设计解决了分布式光纤传感中因测量时间长，不能实时检测的问题，实现准实时检测，大大提高分布式光纤传感的性能，可应用于需要准实时监测和大量传感器的场合.     

矿井采空区光纤温度监测技术研究

设计一款矿井采空区温度监测系统——分布式光纤测温系统.根据光纤拉曼散射原理,采用光时域反射(OTDR)技术进行采空区温度实时测量.实验结果表明,分布式光纤测温系统结构简单,信号好,安全性高,能够在线实时快速获得采空区的温度场分布,能真实了解采空区温度的变化规律,是采空区温度监测、升温预警、火灾防治等的重要科学依据,为层面采空区的温度监控提供了科学依据.     

分布式光纤传感系统相位还原的色散特性

在强度调制型光纤传感系统中,光脉冲的传播会受色散的影响而产生展宽效应.为了研究色散对相位调制型光纤传感系统相位传输特性的影响,本文对该系统获得的相位信号受色散的影响进行研究评估.该研究是基于宽光谱白光光源Sagnac结构的分布式光纤传感系统,分别使用正弦信号和脉冲信号对在不同长度传感光纤里传输的光进行相位调制,并还原出相应的相位调制信号;作为对比,在另一强度调制型光纤传感系统中,用相同参数的脉冲信号对在不同长度传感光纤里传输的光进行强度调制.结果显示,在强度调制型光纤传感系统中获得的脉冲信号会发生明显的展宽,但在相位调制型光纤传感系统中还原出的相位调制信号脉宽展宽明显小于强度调制型系统.     

分布式光纤传感油井高温测试及其信号去噪研究

分布式光纤温度测试是一项近些年发展起来的、适用于高温高压的测试新技术。对分布式光纤温度传感器的工作原理和油井分布式光纤测温系统的构成进行了系统介绍。简要介绍了油井光纤温压监测系统的测试工艺和分布式光纤传感油井高温浏试信号去嗓分析方法。     

应用于周界安防的防区型分布式光纤振动传感系统

分布式光纤传感系统由于其分布式和不易受电磁干扰的特点,被广泛应用于管道泄露、海洋检测和安全生产等领域。设计了一套基于迈克尔逊干涉仪的分布式光纤传感系统,通过对振动信号的采集和处理进行预警和定位。系统通过冲击性激励和周期性激励来探测振动信号,可以根据需要设置相应的防区数量,每个防区都可以实现150 m到2 000 m固定范围中小振动信号的探测,且连续触碰、敲击两次以上探测率接近100%。网络传输单元以STM32F103为主控芯片,运用窄带物联网(NB-IoT)技术实现了传感系统的同步和通过移动设备实时查询的功能。     

分布式光纤测温系统的降噪研究

分布式光纤温度传感系统运行时,要获取温度信息需对背向散射光进行采集和处理,因散射光信号功率非常小,就涉及到对微弱信号的提取.为解决采集信号时会伴随大量的噪声,使有效信号不明显,导致结果出现较大的误差这一问题,对原始信号使用高速A/D进行模数转换,再利用BOXCAR对信号进行处理,可以得到较为明显的效果.从最终的结果来看:系统的降噪性能较好,上位机解调后的温度误差降低,成功实现分布式光纤测温的功能,并验证了BOX-CAR降噪的可靠性.     

一种改进型神经网络的光纤预警系统适应性研究

针对传统长距离光纤预警系统识别入侵事件误报率高的问题，提出了一种基于改进型神经网络的光纤预警系统并研究了该系统在不同环境下的泛化适应性.系统的分布式传感部分应用Phi-OTDR技术，信号识别部分采用一种改进型的神经网络对入侵事件进行识别分类.最后通过3种情况下的实验，探究了系统的适应性.结果表明，该系统在光纤振动信号识别中有优秀的分类效果，并且在不同的环境条件下也具备良好的适应性.      

基于生产者-消费者程序结构的振动传感系统

低频振动常伴随自然灾害的发生,低频振动信号的实时准确检测对海底地震监测及海啸预警等领域的灾害探测具有重大意义,光纤振动传感器是实现低频信号检测的有效方式.设计了一类光纤振动信号传感系统的传感光路及相位解调单元,采用基于迈克尔逊干涉仪结构的顺变柱体传感检波器实现对传感系统中振动信号的转换和探测.针对光纤式低频振动信号传感系统的信号处理高实时性和高信噪比的难题,提出在信号解调处理单元引入LabVIEW的生产者-消费者程序结构模式,极大提高程序并行运算速率并有效释放上位机内存压力.经过系统整体联调测试实验验证,系统对0.01～1 Hz的超低频振动信号有高信噪比的输出,同时为光纤振动传感技术在低频频段研究工作提供参考.     

偏振耦合实现分布反馈光纤激光保偏输出

提出了一种通过偏振模式耦合方式实现分布反馈光纤激光器保偏输出的方法,分布反馈光纤激光器是由刻写在有源光纤上的相移光栅构成的一种窄线宽光源。由于侧面紫外曝光过程造成的光纤极化,这种光纤光栅激光具有线偏振特性,但光路结构一般是由单模光纤构成,因此激光的线偏振特性无法保持。通过监测激光偏振耦合输出功率,可以间接识别激光线偏振方向,将激光线偏振方向和保偏尾纤二次耦合熔接,可以实现窄线宽分布反馈光纤激光的保偏输出。实验得到了偏振消光比大于30 dB,输出稳定线偏振光的分布反馈光纤激光器,且激光效率、线宽、噪声等较原始单模输出时均未发生明显变化。     

DBR光纤激光器压力传感系统的研制

研制了一种基于正交偏振形式的双频分布式布拉格反射(Distributed Bragg Reflection, DBR)光纤激光器光纤压力传感器系统。当外部压力作用在光纤激光器谐振腔上时,光纤晶体双折射的变化会引起正交偏振方向上的激光频率发生变化,从而导致输出拍频频率改变。利用快速光电二极管将双频激光输出的拍频信号转换成射频电信号,通过一个射频混频电路将该信号与频率合成器产生的本地振荡信号混频并低通滤波放大整形,变为400 M以下的调频信号,再利用ECL定时计数电路系统记录拍频信息并通过USB接口送入计算机。实验表明,在0～1.5 N范围内线性拟合度高达99.97 %,压力灵敏度为400 MHz·N^-1。     

单模光纤极化模传输对PSK相干通信系统性能的影响

本文分析了单模极化光纤中线性极化模和圆极化模的传输特性,研究了单模光纤的极化特性对相干检测效率的影响以及对相干系统误码率的影响。同时还给出了单模光纤传输函数曲线,并对PSK相干检测系统与强度调制-直接检测(IM-DD)系统的性能进行了比较。     

双向泵浦分布光纤Raman放大器的噪声特性分析

在小信号假设下推导出了双向泵浦分布光纤Ram an放大器 (Bi DFRA)中包括放大的自发辐射噪声和二次 Rayleigh散射噪声在内的等效噪声系数公式 ,并对光纤非线性进行了归一化。研究了不同偏振因子和 Rayleigh散射系数情况下等效噪声系数与 Raman总增益及其中正向增益比例的关系。结果与数值模拟很好符合 ,并给出了明确的物理解释。该文据此提出了 Bi DFRA设计的一些参考准则     

布里渊光纤陀螺环形腔中偏振串扰及消除方法

建立了布里渊光纤陀螺环形腔中泵浦光及布里渊激光的偏振传输模型,推导出了2本征态的本征值,分析了环境因素波动引起的偏振误差.研究结果表明：采用保偏光纤构建光纤环形腔并旋转熔接点偏振主轴90°能使泵浦光及布里渊激光2本征偏振态在激光器中保持稳定的谐振间距,从而消除偏振串扰给陀螺带来的误差;采用单偏振单模光纤构建布里渊光纤陀螺环形腔能消除偏振串扰.针对2种消除偏振串扰的方法进行了实验,实验结果与理论分析相符.     

布里渊光时域分析传感器扰偏性能研究

普通单模光纤中存在的偏振效应会对布里渊光时域分析传感器性能产生较大影响。理论分析并实验研究了扰偏器对布里渊光时域分析传感器性能的影响。结果表明,采用扰偏器时光纤末端处的检测信号增益的均方根误差相对于不采用扰偏器时降低约4.26dB,有效地抑制了检测信号的偏振起伏,降低了系统偏振噪声;信号增益提高约1.14dB,降低了信号的偏振相关衰落;布里渊频移的均方根误差降至1.6MHz,提高了布里渊频移的测量准确度。     

偏振模色散定义的研究

分析了偏振模色散的起源，讨论了现在已经出现的两种偏振模色散定义的理论———偏振主态理论和时域模型及其测量方法，并对它们做了分析比较，指出了它们之间的一致关系，最后做了定量的计算     

光纤传感器在辐射环境中的应用研究进展

以光纤传感器中常见的基于布拉格光栅、法布里 珀罗腔和分布式系统的3种传感器在核辐射环境中的应用情况为研究重点,对其在核辐射环境中的应用研究进展进行了综述。光纤布拉格光栅传感器中纯硅光纤和掺氟光纤制作的光栅具有耐辐射的优异性质;分布式传感器中布里渊散射和拉曼散射的传感器具有一定的抗辐射特性;而法布里 珀罗传感器则由于其结构的特殊性,在核辐射环境下应用情况较差。目前,光纤传感器在核辐射环境下的应用还受到很大的限制,主要表现在光纤本身对辐射比较敏感,辐射后的光纤常表现出峰位移动和信号衰减等问题,严重影响光纤的长期稳定性。要实现核辐射环境下光纤传感器的大规模应用,未来应研制具有更强抗辐射性能的光纤和寻找更优的校准和信号处理方法,以提高传感器的响应精度。     

利用可调偏振干涉滤波器监视DWDM系统光源波长变化

提出利用钒酸钇晶体偏振干涉滤波器对密集波分复用光通讯系统信道光源 (分布反馈激光器 )的波长漂移进行监视 .由于通过改变钒酸钇晶体的温度可以移动滤波器透射谱的峰值位置 ,因此该方法可以实现无盲区波长监视 .在实验中 ,保持滤波器的光强透过率不变 ,通过测量相应的滤波器温度改变 ,取得了 0 .0 2nm的波长监视精度 .     

高速光纤通信中的偏振模色散补偿技术

介绍了偏振模色散的概念和产生机制,讨论了它对光纤传输系统的影响和测量偏振模色散的方法,对目前高速光纤通信中常用的几种典型补偿技术进行了比较与分析.