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.     

无源光纤网的在线监测技术

提出了无源光纤网在线监测的原理方案.该方案将光波分复用技术、光开关与光时域反射技术结合,不仅可时时在线监测各支路光纤的状态,而且避免了对OTDR(光时域反射仪)动态范围的苛刻要求,同时解决了光功率分路器状态的在线监测问题.经部分可行性实验,阶段性实验结果与预期结果是符合的.     

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.     

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。     

光时域反射仪测试范围与光纤线路测试精度分析

在光缆线路的施工维护中,光时域反射仪是不可缺少的测试仪器。在论述光时域反射仪工作原理的基础上,牟光时域反射仪的测量范围和测量精度的关系进行了分析。     

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。     

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。     

基于BOTDR的分布式光纤测斜管研发与应用

深层水平位移是基坑工程安全监控的重要监测指标,通常采用测斜管进行监测,确保基坑的安全与稳定。为了提高测斜管监测结果的精度与自动化程度,弥补传统监测手段的局限与不足,从基于布里渊光时域反射计(BOTDR)光纤监测技术原理和特点出发,研发了一种基于BOTDR技术的分布式光纤测斜管,详细介绍了其制作方法与施工工艺,通过现场基坑测试,获得了分布式光纤测斜管的应变信息,并通过数据分析获得了基坑深层水平位移变化。结果表明:基于BOTDR技术的分布式光纤测斜管能够准确地反映基坑的变形情况,具有很好的工程适用性,且与传统监测手段相比,具有测量精度高、数据采集全面、监测方便、能够实时监测等优点,在基坑工程的变形监测中具有显著的优越性和推广价值。     

基于布里渊散射光时域反射测量技术的分布式光纤测斜管研发与应用

深层水平位移是基坑工程安全监控的重要监测指标,通常采用测斜管进行监测,确保基坑的安全与稳定。为了提高测斜管监测结果的精度与自动化程度,弥补传统监测手段的局限与不足,从基于布里渊光时域反射计(BOTDR)光纤监测技术原理和特点出发,研发了一种基于BOTDR技术的分布式光纤测斜管,详细介绍了其制作方法与施工工艺,通过现场基坑测试,获得了分布式光纤测斜管的应变信息,并通过数据分析获得了基坑深层水平位移变化。结果表明:基于BOTDR技术的分布式光纤测斜管能够准确地反映基坑的变形情况,具有很好的工程适用性,且与传统监测手段相比,具有测量精度高、数据采集全面、监测方便、能够实时监测等优点,在基坑工程的变形监测中具有显著的优越性和推广价值。     

PPP-BOTDA分布式光纤传感技术在水工结构物健康监测中的可行性探讨

基于脉冲预泵浦(pulse-prepump,PPP)布里渊光时域分析的PPP-BOTDA分布式光纤传感技术,作为新近发展起来的一种监测手段,在空间分辨率和精度方面具有明显优势。针对水工结构物健康监测的领域特点,通过多组试验,分析了PPPBOTDA分布式光纤传感技术的平均化次数、重复性、扫频范围、扫频步长、监测时间、长短距离空间定位精度、空间分辨率和采样间隔等各项性能指标,在此基础上,进行了基于该技术的水工结构物温度和应变监测试验,验证了该技术在水工结构物健康监测中的感知性能和可行性。     

基于DFOS的连云港第四纪地层地面沉降监测分析

地面沉降作为目前长三角地区危害最严重的地质灾害,对长三角地区的经济发展造成了十分严重的危害.采用布里渊光时域反射技术(Brillouin Optical Time Domain Reflectometer,BOTDR)及准分布布拉格光纤光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)等分布式监测技术(Distributed Fiber Optic Sensing,DFOS),利用连云港市徐圩新区污水处理厂内一个130m的钻孔,通过分布式光缆对该地第四纪地层的地面沉降进行了为期两年的监测与分析.主要的结果如下:目前该地区的主要沉降层为第一弱透水层;地层的沉降量与抽水含水层的孔隙水压力变化一致,且存在一定的滞后性;徐圩地区地面沉降的主要原因是与抽水含水层相邻的弱透水层的释水压缩,而不是抽水含水层的压缩变形;DFOS技术为进一步研究地面沉降的机理与变形特点提供了一种较为准确的监测方法.     

基于优化MRVA的Φ-OTDR相干衰落抑制方法

本文针对相位敏感光时域反射(Φ-OTDR)系统的一种相干衰落抑制方法旋转矢量移动平均(MRVA)进行了优化，获得了性能更优的相干衰落抑制.该优化方法从两个方面展开，首先使用加权窗口代替MRVA方法中的矩形窗口，兼顾测量精度和空间分辨率；然后根据移动平均与低通滤波的数理等效性，将时域移动平均转换为运算速度更快的频域低通滤波，提高信号处理效率.实验结果表明，相较于MRVA方法，该方法的解调相位精度提高了约23%,计算时间从0.957 s缩短至0.026 s,运算速度提高约36倍.     

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.     

等效时间采样法在OTDR中的应用

等效时间采样法(Equivalent-Time Sampling)是一种不同于实时采样(Real-Time Sampling)的信号数字化方法。由于它可等效实现高速采样的数字化效果,所以这种方法在某些特定的场合(如测试仪表)得到了广泛的应用。本文描述了这种采样法的一般原理和特点、讨论了 DZK-1型光时域反射计(OTDR)是怎样用该方法实现高速信号采样的,并给出了该部分的实现框图。     

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。     

光学工程概述

介绍光学工程在光测量和光纤通信中的运用及未来的发展趋势.光测量主要通过激光发生干涉(衍射),利用干涉(衍射)条纹的级次进行定标、精确测量,利用零级条纹色偏最小原理,对条纹级次进行自动判断;利用光脉冲的高次谐波,测量电场.光通信主要介绍了相干光通信技术、波分复用技术、拉曼光放大器、及全光网络.