基于FPGA的分布式光纤传感器的系统搭建

本文首先通过介绍光纤中瑞利散射和受激布里渊散射(Stimulated Brillouin Scattering,SBS)原理,然后分析了光纤中的后向瑞利散射光功率和SBS信号光功率与温度和应变的关系,最后基于上述原理和分析搭建了一个基于FPGA的分布式光纤传感器系统。     

基于布里渊散射理论的分布式测量技术

一、前言 BOTDR是基于布里渊后向散射理论而开发的分布式光纤测试设备。根据布里渊后向散射理论,在布里渊散射中,散射光的频率相对于注入光有一个频移,该频移称为布里渊频移。布里渊散射光频移大小与光纤材料声子的特性有直接关系。     

发展中的高温高压布里渊散射系统

介绍布里渊散射原理和布里渊散射光谱仪及在高温高压等极端条件下的原位布里渊散射实验测量系统的发展, 建立了国内首家高温高压原位布里渊散射测量系统, 并在该系统上完成部分工作.      

基于BOFDA的地下水温模拟监测试验研究

从传统地下水温度监测传感器的不足出发,分析了分布式光纤监测技术的优点,并对常用的几种分布式光纤监测技术进行了比较.将布里渊频域分析技术用于测量地下水温度的可行性进行了分析,总结了地下水温度场的光纤传感器测量布设方案,提出了分布式光纤传感技术测量地下水温度场的数据分析和处理思路.通过室内模拟试验,采用布里渊频域分析技术监测了水温度场的动态变化,取得了良好的效果,验证了布里渊频域分析传感技术测量地下水温度的可行性和优越性.     

基于分布式光纤的混凝土梁应变检测试验

为探讨分布式光纤传感器探测混凝土构件的应力、应变以及内部裂缝分布的效果,对2m标准试验梁进行试验.运用光纤内布里渊散射光频率与应变呈线性关系的原理,用埋入式光纤形成传感器.配置了分布式光纤传感器的混凝土试验梁,置于万能拉压试验机做力学试验.采用光纤解析仪泵浦激光,注入探测光,检测散射光,自动分析采样数据.用传统的应变片做对比研究.试验检验了两种光纤传感器,分别为GFRP光纤智能筋和裸光纤.研究结果表明:两种光纤都能有效测量混凝土应变并感知裂缝,裸光纤比智能筋更加灵敏.     

脉冲预泵浦瑞利BOTDA系统的瞬态解析方法

为了解决空间分辨率和频率测量精度之间的矛盾,将脉冲预泵浦的概念引入瑞利布里渊光时域分析系统,建立了运用瞬态受激布里渊散射耦合波方程组描述该系统的数学模型。采用时域有限差分法求解了瞬态受激布里渊散射耦合波方程,仿真拟合了常微分方程组的时域幅值解,并实验验证了脉冲预泵浦瑞利布里渊光时域分析系统散射光功率谱和理论的一致性。结果表明,传感脉冲光、瑞利散射光和声波场三波幅值拟合方程的均方根误差可达0.003 097、0.005 717和0.020 75,沿光纤长度该系统功率谱呈现出携带布里渊信息的瑞利散射特性,可实现光纤温度和应变的传感检测。     

受激布里渊散射对光纤的影响分析

光纤中的受激Brillouin散射及其影响是设计光纤激光器必须考虑的问题.本文对受激Brillouin散射的原理,光纤激光器中Brillouin散射的阈值,在某些应用中抑制Brillouin散射的方法,光纤中Brillouin散射的特性,以及这些特性在布里渊光纤放大器、布里渊光纤激光器、布里渊光纤传感器、布里渊光纤相位...     

基于BOTDA的分布式光纤漏油传感器

研究了一种发泡硅胶基底的分布式光纤布里渊光散射油敏传感器,可在分钟量级发现小规模漏油事件,可用于长距离输油管线、油库等场所的漏油实时监测。将光纤埋敷于油敏材料中沿模拟输油管线铺设,用布里渊光时域分析仪(BOTDA)实时监测光纤中布里渊频移,可快速发现并定位漏油事件。实验证明了该技术的可行性,能够在20 min内准确定位小规模漏油事件。     

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。     

散射光对基于Bi-EDFA的分布式光纤传感器信噪比的影响

本文研究了长距离传感线路中散射光对基于双向掺铒光纤放大器(Bi-EDFA)的光纤传感器的影响规律.理论分析了散射光对系统信噪比的影响,同时设计实验测试了传感系统的信噪比.结果显示,在相同条件下,散射光越大,其信噪比越差.长距离传感线路中接入色散补偿光纤导致进入Bi-EDFA中的后向散射光增大,系统信噪比恶化.本文将色散补偿光纤位置调整到两个单模光纤中间,降低了散射光对传感系统的影响,散射噪声受到有效抑制,信噪比得到同步提升.     

光纤中声波模式的探讨

使用光纤声波微小位移波动方程分析了普通单模光纤中的声波模式以及小芯径光子晶体光纤中纤芯直径对布里渊散射声波模式的影响。结果表明,对于普通单模光纤,其截面存在单一声波模式,对于某个剪切模,频率变化时,有不同的相移常数值与其对应,相速度随频率呈现出一定的变化规律,且群速度随相速度的增大而减小;对于光子晶体光纤,纵向和横向声波模式相互耦合将产生混合声波模式。声波模式耦合程度随着纤芯直径的增大而得到加强。     

基于布里渊传感技术的应变增敏

文中首先介绍了布里渊分布式光纤传感技术的原理。在此基础上分析了基于布里渊传感器上的光纤应变增敏技术,并制作了应变增敏光纤。通过对增敏光纤进行拉伸实验,得出实验数据的标准差大多都在20με以下,证明了增敏的有效性。     

差动式光纤传感器在叶尖间隙测量中的应用

分析了涡轮发动机叶尖径向间隙变化对发动机性能的影响。根据叶尖间隙传感器的使用要求和应用环境：设计了差动式光纤位移传感器进行间隙测量，它采用单光纤传光，两组光纤束接收散射光的结构形式。该传感器能有效消除被测叶片叶尖表面反射率、光源波动等对测量结果的影响。     

光子晶体光纤中基于SBS实现慢光的数值模拟

通过运用四阶龙格库塔法和特征线法对基于光子晶体光纤的受激布里渊散射耦合方程组进行数值求解,讨论不同纤芯直径的光子晶体光纤在相同的Stokes波功率和相同的Stokes波强度下对受激布里渊散射慢光产生的影响,发现芯径越小PCF的时延特性越好,但是伴随着较大的脉冲展宽,对于Stokes波脉冲,较小的输入Stokes波功率具有更大的时延.考察不同的脉冲宽度对光子晶体光纤中的慢光的影响,发现较短的脉冲具有更大的相对时延并伴随着较大的脉冲展宽.通过改变小芯径光子晶体光纤的占空比,讨论光子晶体光纤的结构变化对受激布里渊散射慢光的影响,发现小芯径PCF的占空比越小,对应的SBS慢光的时延越大,脉冲展宽也越明显.以上结论可以为慢光缓存器的设计提供理论参考.     

钢筋混凝土锈蚀诱导的膨胀监测及评估——低相干光纤应变传感器的应用

针对钢筋混凝土中锈蚀问题,提出了一种基于低相干光纤应变传感器的钢筋混凝土锈蚀进程监测方法,设计中将传感光纤环绕在待测结构易锈蚀部分,通过测量钢筋锈蚀诱导膨胀所造成的结构微形变来反映其锈蚀进程.基于Michelson干涉仪的信号解调方法可以测得任意长传感光纤上5μm的绝对形变.将布里渊分布式传感器和低相干光纤应变传感器布置在同一钢筋混凝土试件结构中,进行模拟海洋环境的电化学加速锈蚀实验.结果表明,分布式传感器在多点测量方面有优势,但其信号强度在锈蚀的后期衰减较快,在18mm钢筋直径的锈蚀实验中测得的上限锈胀应变为1000με,这难以满足结构耐久性监测的需要.而低相干光纤应变传感器可以长寿命测量出锈蚀的产生及发展,根据这些实验数据对钢筋混凝土的锈蚀膨胀应变与结构性能作了相关分析,为钢筋混凝土结构的耐久性监测提供了一种可行的实验室研究手段.     

斜井提升防掉道保护监测与分析

针对斜井箕斗在运输过程中易出现脱轨,设计了新型无线信息传感器传输网络系统。通过安装于箕斗矿车底部的感应传感器与光电传感器可以实时监测箕斗与轨道的接触状态。在牵引箕斗配重块与箕斗的钢丝绳处安放载荷传感器,用来监测钢丝绳的受力情况;在井口安装到位传感器,用来监测箕斗的到位状态。姿态传感器利用XL66系列无线转换器与M系列RS485数据采集模块将信息发送到井口接收装置,利用通讯电缆与上位机相连,通过组态王软件实时获取监测数据与画面。现场测试表明,本设计可以满足实际需求,提高了矿井的安全性能与生产效率。     

线形和复合腔结构布里渊光纤激光器实验研究

文章通过实验研究了基于线形腔和复合腔结构的布里渊掺铒混合增益光纤激光器的输出特性。采用1 km单模石英光纤作为布里渊增益介质,研究了该布里渊激光器的输出特性参数与泵浦波长、泵浦功率、腔型结构等因素的关系。通过实验分析,得出线形腔和复合腔2种结构在不同布里渊泵浦波长条件下产生一阶斯托克斯光时的1 480 nm激光器的阈值泵浦功率,并研究了高阶斯托克斯光输出随1 480 nm激光器泵浦功率的变化情况;布里渊波长从1 540 nm变化到1 570 nm时,线形腔和复合腔阈值泵浦功率分别在139～172 mW及196～294 mW范围变化;保持1 480 nm激光器泵浦功率为623 mW,增大布里渊泵浦功率,2种结构都获得了最多达到10个波长的稳定激光输出。     

力敏传感器在轨道车辆中的应用

在轨道车辆交通中,越来越多的传感器得到了广泛应用。这其中就包含了力敏传感器,力敏传感器在轨道列车车门,在高铁列车气压检测、在车体风压检测、在车辆维修维护过程中所使用的缓解泵上都有重要的应用;除此之外,力敏传感器在轨道车辆的生产、运营、维修、维护中都有诸多的应用,除了力敏传感器,轨道车辆上的传感器还有很多,应该说传感器的发展提高了轨道车辆的智能性和便捷性,轨道车辆的发展改变了我们的生活,缩短了交通半径,节省了时间,可以说科技改变了生活。     

一种低耗的无线传感器网络状态监测方法

传感器网络包含大量的微型无线传感器节点,并以无人值守的方式工作。为了有效地管理传感器网络,提出了一种模型辅助的传感器网络状态监测方法来支持传感器网络的状态监测,该方法的思想是在基站与节点上建立描述传感器网络状态的变化模型来辅助传感器网络状态的监测。实验结果表明:这种方法能够降低传感器网络状态监测的能量消耗。     

基于纤芯失配的光纤布拉格光栅温度不敏感振动传感器

提出了一种基于纤芯失配的光纤布拉格光栅温度不敏感传感结构并且得到了实验验证。该传感器由一短截细芯光纤和单模光纤布拉格光栅熔接而成。光通过细芯光纤时激发出一系列包层模式,并通过纤芯失配的熔接面进入后面的光纤布拉格光栅中。其中,一些低阶模式会被光纤光栅反射耦合回传输光纤的纤芯,耦合效率与光纤的弯曲度有关。实验结果表明低阶奇数膜LP3n对光纤弯曲度有极大的灵敏度。通过对包层模式的选择性监测和能量检测方法,提高了传感器的弯曲灵敏度,并避免了温度对传感器的影响。