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。     

基于布里渊散射光纤传感器的轨道监测研究

该文详细介绍了外界因素应变和温度变化时布里渊频移的变化的关系,说明了光纤布里渊散射传感的原理,分析了布里渊散射光纤传感器在轨道监测中的可应用性,以及轨道监测在铁路运营中的重要性,最后提出了一种布里渊散射光纤传感器监测系统结构。     

光纤分布式布里渊散射传感技术的发展

随着对光纤中非线性效应的不断研究,布里渊散射由于可以同时测量外界环境的温度和应变且测量范围与测量精度均较高,使得其在光纤分布式传感领域得到了广泛的重视和研究.本文介绍了光纤布里渊散射的传感原理,综述了基于布里渊光时域反射、布里渊光时域分析和布里渊光频域分析的光纤分布式传感技术的原理及进展,最后从用户需求方面对光纤分布式布里渊散射传感技术的未来发展方向进行了展望.     

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。     

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。     

受激布里渊散射慢光系统中强度调制器的应用研究

基于Mach-Zehnder干涉式的强度调制器具有移频特性,用于受激布里渊散射的慢光系统可以用来产生具有布里渊频移的信号光.理论和实验分析了M-Z干涉式电光强度调制器的频移特性.受激布里渊散射慢光实验中利用12.5 Gbit/s的电光强度调制器产生了相对于泵浦光具有9.394 GHz布里渊频移,脉宽为50 ns的信号光.在泵浦功率20 mW的情况下,该脉冲在2.5 km长的高非线性光纤中获得了32 dB的非饱和增益,脉冲延迟了25 ns.     

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。     

基于填充混合液体的六边形光子晶体光纤的温度传感

以填充高热敏系数混合液体的六边形光子晶体光纤为温度传感载体,数值求解了受激布里渊散射的波动耦合方程组,从输出斯托克斯光的脉冲个数和功率解调出整个光纤上的温度分布信息.对比不同结构的光子晶体光纤和混合液体的不同配比,数值计算结果表明受激布里渊散射导致的脉冲时延对温度测量的影响可以忽略不计;当四层空气孔的直径均为0.9Λ,酒精和氯仿的体积比为1∶1时,温度分辨率最高,功率测量设备仅需要达到18.3dB的分辨率,这比传统的通过布里渊频移来解析温度变化在精度上提高了大约160倍.为今后研制更高精度的温度传感设备,提供了一定的理论基础.     

光CATV系统中提高受激布里渊阈值功率方法的研究

受激布里渊散射是限制光CATV传输系统入射功率从而限制系统传输 离的主要障碍,本文研究了光CATV传输系统中提高受激布里渊阈值功率的一种方法－非均匀掺杂光纤光,若光纤纤芯和包层参杂浓度沿传输方向变化,将导致布里渊频移发生变化,增益谱结构变化,最终影响受激布里渊阈值功率。本文分析了阈值功率与布里渊频移分布之间的数量关系,设计了渐增型,周期正弦型、正弦型,三角型和平方型5种沿光传输方向频移分布的方案,比较了它们提高SBS阈值功率的效果,数值计算表明,布里渊阈值功率可提高20dB,可将传输距离提高100km.     

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。     

光纤激光器中的全光纤型Q开关

文章概述了Q开关的基本原理，介绍了三种全光纤Q开关，并与通常的Q开关进行了比较，介绍了基于光纤中的受激布里渊散射效应实现被动调Q的基本机理．     

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。     

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。     

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.     

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。     

Temperature Dependence of the Spontaneous Brillouin Scattering Spectrum in Microstructure Fiber with Small Core

The almost equal height dual peak spontaneous Brillouin scattering spectrum of a piece of microstructure fiber with a small core was investigated at various temperatures using the heterodyne method. The central frequencies of the two peaks increase linearly with increasing temperature with temperature coefficients of 1.05 MHz/℃ and 1.13 MHz/℃. The height difference between the two peaks decreases linearly with a coefficient of-0.06 dB/℃. The results show that microstructure fibers with a small core have great potential for fiber Brillouin distributed sensing.