基于布里渊散射的分布式光纤传感技术

阐述了基于布里渊散射分布式光纤传感技术的原理和分类,简要介绍了BOTDR(布里渊光时域反射)、BOTDA(布里渊光时域分析)、BOCDA(布里渊光相干域分析技术)、BOCDR(布里渊光相干域反射技术)、BOFDA(布里渊光频域分析技术)原理及应用进展。     

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。     

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。     

BOTDR用于钢筋混凝土T型梁变形监测的试验研究

介绍了布里渊光时域反射计(BOTDR)的分布式光纤应变测量原理,并应用BOTDR技术对钢筋混凝土T型梁加载后的应变分布进行了测量.试验表明,BOTDR的应变测量结果与应变片的测量结果具有很好的一致性,并监测到当荷载加至25 kN时,钢筋混凝土梁出现了裂缝.此外,由BOTDR的实测应变分布还推算出了梁的挠度.这些结果显示出BOTDR作为先进的分布式光纤传感监测技术能够准确地测量出钢筋混凝土结构的应变分布,将其用于钢筋混凝土结构的变形监测和损伤识别是可行的.     

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。     

基于光散射的分布式光纤温度传感器网络及其在智能电网中的应用

介绍了基于光散射的分布式光纤温度传感网络的研究现状和发展趋势,主要阐述了基于瑞利散射、喇曼散射和布里渊效应的分布式光纤传感器的工作原理。在此基础上重点介绍了其在高压电缆、电力线沿线温度测量中的应用情况,探讨了传感光电缆替代原有的电缆和光缆,使光通信、电力传输、传感三合一的趋势。     

布里渊光时域反射技术应用于模型实验测试的研究

布里渊光时域反射技术凭借其体积小、结构效应低、数据采集效率高等优点在模型试验中应用具有较大的优势.针对布里渊光时域反射技术(Brillouin optical time-domain reflectometer,BOTDR)应用于模型试验中存在距离分辨率相对较大的问题设计了试验,考虑光纤位置约束影响因素定义光纤空间密度,研究光纤布设长度、类型、植入密度对测试结果的影响.研究结果表明:当试块内部传感光纤长度小于其应变采集仪的距离分辨率时,监测到的结果很难反映应试块实际应变情况;当试块内部光纤长度大于光纤应变采集仪分辨率时,随着试块内部光纤长度的增加,相对应变离散度逐渐降低,但同时也受到光纤布设方式的影响;随着光纤植入长度的增大和光纤空间密度的增大,试块开裂荷载呈现出先增大后减小的趋势.     

基于布里渊放大结构的分布式光纤温度传感技术的研究

阐述了一种基于布里渊放大结构的分布式光纤温度传感技术,该技术利用了光纤中布里渊频移与温度的依赖关系。本文从传感光纤的结构特点和材料的物性系数出发,在理论上证明了光纤温度与布里渊频移量之间存在线性关系。基于此传感技术建立了一实验系统。测试数据证明了理论分析的正确性。     

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。     

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...     

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.     

基于DE-GRNN算法的布里渊散射谱拟合

为了提高布里渊光时域分析(BOTDA)型分布式光纤传感技术的布里渊散射谱特征提取精度,提出一种基于差分进化算法(DE)优化广义回归神经网络(GRNN)的曲线拟合算法,通过利用差分进化算法实现对广义回归神经网络的光滑因子自动寻优,减少人为测试的繁杂性。仿真实验结果显示,该混合优化算法在不同信噪比及线宽的条件下,对布里渊散射谱具有较好的拟合度,最佳拟合度可达0.99以上,最小均方根误差为0.012 0,拟合性能优于传统布里渊散射谱拟合算法。     

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。     

钢筋混凝土梁表面多裂缝扩展的试验研究

采用单模光纤和基于差分脉冲对(DPP)技术的布里渊光时域分析仪(BOTDA)对表面已有2条宽度分别为0.5和0.1mm、间距20cm裂缝的钢筋混凝土梁在一定荷载下裂缝的扩展变化进行了试验研究.将一根直径250μm的裸光纤环绕4道跨过相同裂缝,并采用不同的胶黏剂全面黏接,研究了胶黏剂粘贴效果对测量结果的影响.在梁中部加载10kN的静态荷载使裂缝扩展,将BOTDA的空间分辨率设为5cm,采样间隔设为1cm,经初步的信号处理,即可获得混凝土表面裂缝扩展的应变分布的明显变化.测量结果表明,具有高空间分辨率和较小空间采样间隔的DPP-BOTDA能比较准确地测量混凝土连续梁表面比较密集的裂缝受压扩展情况,测量结果基本不受胶黏剂的影响.     

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。     

基于光纤光栅定位的全分布式光纤位移传感器

针对深部岩体、边坡滑移等大量程位移难于测量的问题,提出了一种基于光纤光栅定位的光时域反射位移测量原理,并开发了基于光纤光栅的全分布式光纤位移传感器.实验结果表明,基于光纤光栅的全分布式位移传感原理可行,研制的2种全分布式位移传感器均能实现位移的测量,位移灵敏度系数高达5.21,并且可通过结构设计提高位移传感灵敏度与量程.     

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.      

基于超结构光纤光栅的自发布里渊散射检测系统设计与实现

为解决光纤背向散射信号中自发布里渊散射信号提取困难的问题,针对自发布里渊散射信号的频谱特点,设计并制作了一种双峰、波长可调结构的超结构光纤光栅滤波器。该滤波器具有滤波抑制比高、滚降特性好、线宽窄、中心波长可调、插损低、稳定性高等特点。通过两级超结构光纤光栅的级联,对瑞利散射信号的抑制达到约30 dB,可以把自发布里渊散射信号的2个峰同时提取出来。在此基础上,搭建了基于布里渊散射技术的全分布式光纤传感实验系统,对长度约为32 km的传感光纤进行了实验测量,在对被测光纤上长度为130、150 m的两段光纤分别施加1200μ,ε温度变化20°C时,系统较清楚地显示出应力、温度对被测光纤的作用效果。测量结果表明,该系统可以实现光纤温度及应力的变化监测。     

分布式传感光纤在恒定拉伸下的护套效应

为研究光纤护套对其应变的影响,使用布里渊光时域反射计测量了紧套光纤和普通光纤在多轮长时间(48 h)恒定拉伸下的应变。实验结果证明光纤护套对光纤应变存在一定影响:在第一轮恒定拉伸过程中,紧套光纤的应变减少100με;松弛4 d后,在第二轮恒定拉伸过程中,紧套光纤应变减少50με;松弛8 d后,在第三轮恒定拉伸过程中,紧套光纤应变保持不变;而在此几轮拉伸中,普通光纤的应变都保持恒定。