Photon counts modulation in optical time domain reflectometry

The quantum fluctuation of photon counting limits the field application of optical time domain reflection. A method of photon counts modulation optics time domain reflection with single photon detection at 1.55 μm is presented. The influence of quantum fluctuation can be effectively controlled by demodulation technology since quantum fluctuation shows a uniform distribution in the frequency domain. Combined with the changing of the integration time of the lock-in amplifier, the signal to noise ratio is significantly enhanced. Accordingly the signal to noise improvement ratio reaches 31.7 dB compared with the direct photon counting measurement.

基于POF-OTDR的混凝土坝裂缝监测复用能力分析

塑料光纤由于弥补了石英光纤容易断裂的缺点,且具有大直径、低成本、高可塑性、良好韧性等优良特性,在结构裂缝监测领域具有良好的前景.将塑料光纤应用于以混凝土坝为代表的大体积混凝土结构裂缝监测时,不仅要求其能够感知单条裂缝的产生,更需要其具有对结构多处开裂的感知和持续监测能力.为了研究塑料光纤对混凝土结构多条裂缝的监测能力,设计了一套模拟结构出现不同角度裂缝的试验装置,采用光时域反射技术进行了力光转换特性试验,并利用试验结果推导了单支塑料光纤对裂缝监测的复用能力.试验结果显示,塑料光纤对裂缝开展的感知敏感性随塑料光纤与裂缝的夹角和裂缝开度的增大而降低.理论分析表明,塑料光纤的复用能力和敏感性之间存在相互制约关系,即塑料光纤与裂缝夹角较大时,敏感性较大,而复用能力较小,反之亦然.基于以上分析,以某混凝土坝为例结合两种不同敏感程度的布设方式计算了各坝段开裂情况对光时域反射动态范围的消耗量,验证了以上结论,并对塑料光纤在混凝土坝中的实际裂缝监测能力进行了探讨和评估.分析表明,塑料光纤虽具有较好的裂缝监测复用能力,为避免出现裂缝漏检的情况,实际应用中建议首尾两端探测和分坝段布设多条塑料光纤.

基于PSO-SVM的Φ-OTDR系统模式识别研究

针对相位敏感光时域反射仪(phase sensitive optical time domain reflectometer,Φ-OTDR)系统中误报率高的问题,提出一种多域特征提取与粒子群算法优化支持向量机(particle swarm optimization-support vector machine,PSO-SVM)相结合的模式识别算法。首先,对原始信号进行差分处理后提取时域特征,并利用小波包分解方法,通过验证不同分解层数下的事件分类准确率,设定最优分解层数为6层,提取差分信号的能量特征。然后以SVM分类器为基础,利用PSO算法优化SVM分类器参数,提高光纤振动信号识别准确率。最后利用Φ-OTDR事件数据集进行验证,实验结果表明,该模式识别算法达到了95.6%的振动事件分类准确率。

基于Ф-OTDR和POTDR结合的分布式光纤微扰传感系统

提出了一种ф-OTDR和POTDR相结合的分布式光纤微扰传感系统.该系统将窄线宽DFB激光器作为传感光源同时应用到ф-OTDR和POTDR中,在不增加成本的前提下使两种系统合为一体,可同时检测传输光脉冲的相位和偏振态的变化,并使它们并行运行以提高传感系统对微扰远程定位检测的准确度,从而大幅减小误判率和漏报率.同时采用小波分析的方法来降低传感信号的噪音以进行后续的处理.实验结果表明,传感系统在14km处获得具有较高信噪比的扰动信号,同时系统的空间分辨率也达到了50m.

光时域反射仪(OTDR)的研制

研制出了一台初步达到市场商品化标准的光时域反射仪。阐述了光时域反射仪的工作原理和制作方法 ,对它的每个组成部分 ,包括光器件、电子器件以及测量软件都做了说明。通过对光纤样品的测量 。

自构建光纤链路的OTDR测试实验及教学实践

为了加深学生对光纤基础知识、光纤连接及测试基本理论的理解,提高学生的工程应用能力,浙江大学信息工程(光电)专业在"光通信及集成光电子技术模块实习"中设置了光纤链路测试实验,要求学生基于光纤、跳纤、尾纤、光纤端面处理工具、连接器、衰减器和熔接机等实验器材,通过机械对接、法兰及熔接方式自行构建光纤链路,并使用光时域反射计(optical time domain reflectometer,OTDR)进行测试,并对光纤端面质量、接续效果以及链路构建的合理性进行评估。2a来的教学实践表明,通过这种"基于任务,边做边学"的自主式、探究式实验,学生不仅能掌握OTDR的使用要点、光纤的端面处理及接续方法,而且学生发现问题和解答问题的能力也有所提高。

φ-OTDR识别不同频率振动事件研究

在相位敏感光时域反射计(φ-OTDR)识别入侵事件中,时间域单点振动判断和空间域相邻点振动判断算法是以一段时间和相邻区域内的数据变化幅度为依据,来检测由入侵者产生的光强差异,定位入侵位置。本文在这种算法的基础上,重点研究了三个方面的内容:即研究自适应均值去阈值的方法、分析了该算法可以识别的振动事件的频率响应范围、设计算法对振动事件所包含的频率信息分类,并通过25组不同频率的振动实验验证算法和分析。实验证实研究出的阈值处理方法适应性非常好,频率响应范围与理论分析一致,且设计的频率分类算法能够实现对振动事件所包含的频率信息正确分类,为φ-OTDR的实际工程应用提供参考。

Φ-OTDR系统的数字信号处理及应用

相位敏感光时域反射(Φ-OTDR)传感系统具有高动态响应、高灵敏等特点,在大型工程结构健康监测领域具有巨大的应用潜力。而Φ-OTDR系统仪器化水平和工程应用很大程度上取决于数字信号处理(DSP)技术。本文对比分析了近年来Φ-OTDR系统在信号的量化、解调、抑噪以及模式识别上主要的数字信号处理方法和技术,并通过架空输电线路状态监测、埋地电缆外破预警两个应用实例,阐述了工程应用中数字信号处理与行业背景知识相结合的重要性和方法,并对Φ-OTDR系统中数字信号处理方法的发展现状和趋势进行了总结与展望。

分布式OTDR滑坡岩体推力监测系统的研究及应用

提出了一种用圆形弹膜片及微弯调制机构,进行滑坡崩塌岩体推力传感的分布式光纤传感系统以及一种不需双光路信号,就可减小光源波动及环境因素对测量的影响解调应力方法。推导出传感器的动态范围与分布个数的关系、传感器的灵敏度与应力的关系及瑞利后向散射光功率与应力的公式。建立起对岩体推力进行监测的试验系统。试验表明该传感器具有线性度好、重复性、准确度高及工程实用性好的特点。光纤传感器与其它类型的传感器相比,具有抗电磁干扰、结构简单、性能可靠、耐水性及电绝缘好、耐腐蚀;测量对象广泛,适用于多种物理量的监测;对待测场能够进行远距离、连续实时、分布式测量。因而在许多安全监测领域逐步受到人们的注意。分布式光纤压力传感器在桥梁、水利工程、建筑以及地质工程灾害监测中有着十分广泛的应用前景。其发展受到普遍的重视。目前高分辨率、高灵敏度的分布式光纤应力传感器多采用光相干方式,其光路结构复杂、调整难,工程实用性差。文中介绍的仪器为一种基于OTDR的分布式光纤压力传感器,具有较高的空间分辨率和测量灵敏度,工程实用性好。直接采用光纤应变传感器对滑坡、崩塌岩体、滑体推力进行监测,预测预报其灾害的发生,对滑坡、崩塌岩体防治工程监测,检测其施工质量,均具重要的现实意义。

一种改进的OFDR技术在光纤故障定位中的应用

由于传统的光纤故障定位方法不能有效解决空间分辨率和传输距离之间的矛盾,提出了一种改进的光频域反射(OFDR)技术,将原来技术中复杂的光相干处理简化为目前成熟的电相干和电处理,利用电域处理降低了对光源的要求,并通过仿真实验表明了该技术有效可行。

OTDR测试盲区的研究与应用

文章介绍了光时域反射计(OTDR)测试盲区的指标定义和产生机理,提出了利用窄脉冲、宽带宽、程控滤波和衰减等技术减小测试盲区的解决办法。结果表明,运用这些方法和高速采样技术对现有产品改进后,实现了3m的测试事件盲区,满足了光纤器件和光纤局域网的小盲区测试。

基于OTDR的准分布光纤温度报警系统

针对矿山、油田等易燃易爆地段温度报警的空间准确定位要求,研究了基于光时域反射计(OTDR)原理的准分布光纤温度报警系统。依据系统的结构与原理分析,完成了半导体激光器(LD)的高速驱动电路和雪崩光电二极管(APD)增益的温漂补偿电路等硬件设计,优化了系统软件的编译。结合在线调试,设计了基于形状记忆效应的温度阈值执行器。试验结果表明系统能稳定运行,且具有1.5 m的空间分辨率和低于16 s的响应时间等优良的性能参数。

OTDR系统中激光器驱动电路的设计

激光器驱动电路是光时域反射仪(OTDR)系统中的重要组成部分,其技术指标直接影响整个OTDR系统的工作性能。对OTDR系统中激光器驱动电路的设计原理进行了论述,讨论了驱动电路对激光器件的选择,详细给出了激光器驱动电路的硬件设计方案。该驱动电路实现了激光脉冲的大功率、脉冲宽度和脉冲频率可调,从而大大提高了OTDR系统动态探测范围和分辨率,同时充分考虑了对激光器的保护,具有很强的可行性和实用性。

基于OTDR的分布式光纤传感器原理及其应用

介绍了分布式光纤传感器的当前进展及发展趋势。总结了基于光时域反射(OTDR,BOTDR,ROTDR)的分布式光纤传感器的原理、优缺点、应用领域以及在应用中存在的问题。同时对当前产品的测量精度、测量范围等进行了归纳。

OTDR宏弯曲损耗测试的分析与应用

宏弯曲损耗已经成为影响FTTx线路传输质量的重要因素。通过分析宏弯曲损耗形成的机理,针对实际工程中弯曲损耗测量存在特点和问题,探讨了利用OTDR准确测试单模光纤中宏弯曲损耗的相关技术,为工程中正确应用OTDR检测光纤的宏弯曲损耗提供了参考。

OTDR原理及其应用

介绍了OTDR的测试原理和基于OTDR的分布式光纤传感器的传感原理,总结了它们在各个领域的应用情况,并指出了未来的发展趋势。

基于OTDR的矿井渗水监测技术

煤矿开采过程中的水灾害往往带来各种巨大损失,而对矿井渗水的监测一直比较困难。基于光纤微弯损耗原理和光时域反射(OTDR)技术,提出了一种针对矿井渗水的检测定位方法。结合膨胀土防水毯(GCL)遇水膨胀的特性,井壁渗水区的GCL膨胀并传导形变至与之紧贴的光纤,通过光纤微弯损耗原理获取对渗水情况的检测结果,同时结合OTDR原理,可对出现弯曲损耗的形变点即渗水点进行定位。实验证明渗水位置与测量结果基本吻合,该方法具有较好的定位效果。

B-OTDR应变精度的提升

针对布里渊光时域反射计(B-OTDR)的应变测试精度要求,深入分析了影响B-OTDR应变测试精度的主要因素,并分别给出了相应的解决措施。实验结果表明:这些措施有效提升了B-OTDR的应变测试精度,在1m空间分辨率下,11km光纤的应变测试精度为±17.3με,优于工程应用中要求的±50με的应变测试精度。

基于φ-OTDR的振动检测研究型综合实验设计

设计了基于相位敏感光时域反射计(φ-OTDR)的车辆振动检测研究型教学实验。包括φ-OTDR基本原理、实验场地选择、关键参数确定、振动信号检测以及信号处理算法设计等。实践表明,针对常规幅值差分累加算法在振动信号解调中存在差分间隔依赖性问题,学生能融合所学数理知识提出一种简单、高可靠的振动信号检测方法。该方法不仅可以避免常规方法因差分间隔依赖性出现的振动误判问题,而且大幅增加了检测信号的信噪比。

基于频分复用φ-OTDR的高频振动检测与解调

相位敏感光时域反射计(φ-OTDR)是一种借助光纤为传感媒介,检测外部振动信息的可靠方案。为提高系统的探测频率,设计了一种双脉冲频分复用结构的φ-OTDR系统。通过对双脉冲信号中的其中一路采用频分复用技术处理,产生用于检测动态相位变化的不同频率载波信号,使更多的探测脉冲可以同时在光纤中传输。并针对振动信号的解调,提出一种微分自交叉相除的反正切(PGC-DSD-Arctan)算法,解决了传统算法中解调效果受调制深度影响的问题,具有更好的适用性和更高的稳定性。通过搭建系统平台,可以有效地在10 km传感范围内检测并解调出20 kHz振动信号的相位和频率信息。