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.     

电力特种光缆-OPGW的探讨

OPGW是一种在电力传输线路的地线中含有供通信用的光纤单元的光缆,对这种光缆的光纤单元有其特殊的技术要求（如耐热性高、光纤强度强等）：OPGW光缆有不同的结构种类,不同的结构型式有不同的特点,在工程运用中,针对具体的工程项目,结合OPGW各种结构型式的特点及其技术要求来合理地选择光缆,从技术参数上为OPGW光缆的安全可靠运行提供条件。     

掺镱光纤放大器中受激拉曼散射的数值分析

采用描述泵浦光、信号光和Stokes光的稳态速率方程组,对不同光纤参数及泵浦光参数下掺镱光纤放大器内的泵浦光、信号光以及Stokes光沿光纤轴向的演化进行了数值分析.结果表明:受激拉曼散射的发生会导致信号功率在达到增益饱和之前迅速下降;增大泵浦功率,采用掺杂浓度较高的掺镱光纤以及较大吸收截面的泵浦光可以在较短光纤内获得较好的信号放大而避免受激拉曼散射的发生.     

同向抽运光纤拉曼放大器增益分析方法比较

系统地研究了同向抽运光纤拉曼放大器的增益特性,并对分析增益的数值模拟和求解析解2种方法进行了比较.采用龙格库塔法的算法对增益进行数值仿真,分析了所有参量在小信号和大信号时对增益的影响.将数值仿真结果与解析解进行比较,结果发现小信号时两者结果一致,且解析解的方法更简单;大信号时,数值模拟的方法更适合分析光纤拉曼放大器的性能.     

基于BOTDR技术的OPGW线廊环境灾变监测应用

极端天气下光纤复合架空地线（OPGW）电缆状态的在线监测对电力通信系统的安全运行和预警具有重要意义。综述了布里渊光时域反射（BOTDR）技术监测线缆温度和应变的基本原理,分析了其应用到电力灾变检测中的可行性,结合具体应用场景以及在现场运行的BOTDR系统对实际OPGW线缆的监测情况,通过理论和实际案例验证了利用BOTDR技术的测试装置对OPGW线路及周边环境实时监测的方法的可行性,能够有效满足电路线廊环境灾变监测的需求。     

分布式光纤传感数据采集系统设计

基于拉曼散射温度效应和光时域反射技术,设计了100 MHz高速数据采集系统SDLaser_DAQ600,实现对空间环境温度场测量。在数据采集系统中利用现场可编程逻辑门阵列(FPGA),采用实时累加平均算法对原始光纤传感信号进行累加平均,支持10 km光纤实时采样,空间分辨率达到1 m。实验结果表明,65 536次数据累加平均可以得到平滑的斯托克斯和反斯托克斯曲线,使光纤传感信号的信噪比提高到90 d B以上,能够为分布式温度测量提供良好的数据支持。     

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.     

基于拉曼散射的分布式光纤折叠结构温度传感器

提出了基于光纤折叠结构的分布式温度传感器系统,该系统只采用反斯托克斯散射光的方法解调温度.由于光纤折叠结构的应用,光纤内相对于半长度处对称的两个不同位置的后向拉曼散射所携带的温度场信息相同,这样就可以只探测反斯托克斯散射光强解调出温度,从而消除了传统方法中由于波长不同而引起的损耗差,有效提高了测量精度.最后用时域累加平均预处理信号,再用小波变换使信噪比由1 dB提升到11 dB.     

光纤拉曼放大器中拉曼阈值的理论分析

为探讨光纤拉曼放大器中的阈值条件，基于抽运光和信号光耦合方程组，推导了考虑抽运光能量转移给信号光能量时的阈值功率公式，并对满足阈值条件时光纤的最大损耗和最短长度进行了计算．将所得结果与文献中已有的阈值功率公式和近期实验结果作了比较，发现文中推导的阈值功率公式比原有的公式更严密，与实验结果更吻合．文中最后得出了设计光纤拉曼放大器时的最优抽运功率和光纤长度．     

全光纤分光转动拉曼测温激光雷达探测性能优化

采用光纤Bragg光栅的耦合模理论和转动拉曼激光雷达的温度反演算法,优化全光纤分光转动拉曼测温激光雷达系统的探测性能。以光纤Bragg光栅高斯型谱为基础,构建以光纤Bragg光栅为核心的全光纤分光系统的参数优化模型,以1.5km高度处大气温度的统计误差为优化目标进行仿真分析,得到光纤Bragg光栅的中心波长和半峰值带宽的优化值;为了使均匀光纤Bragg光栅的光谱旁瓣与大气分子的纯转动拉曼谱线匹配,局部优化光纤Bragg光栅的Bragg波长、平均折射率变化和光栅长度等结构参数,以构建光纤Bragg光栅加工系统及设置初始加工参数。结合望远镜耦合效率的仿真结果,分析了全光纤分光转动拉曼激光雷达的探测性能。仿真结果表明,全光纤分光转动拉曼激光雷达系统在高度1.5km处的统计温度误差可达1.3K。