布里渊分布式光纤传感技术进展及展望

布里渊分布式光纤传感技术是目前国际上传感器研究最活跃的热点课题之一。介绍了其传感机理,综述了多年来基于布里渊散射信号的分布式传感技术的研究动态和新进展,分别分析了布里渊时域反射计、布里渊时域分析技术、布里渊相关时域分析技术以及布里渊频域分析技术的基本原理和研究进展,介绍了目前该领域的最新研究成果。简述了需进一步开展的工作及研究方向,并对其未来发展方向进行了展望。

基于嵌入式的布里渊分布式光纤传感远程网络控制系统

光纤传感器正向多点检测、远程控制、网络化方向发展,本文提出一种基于嵌入式的光纤传感远程网络控制系统设计方案,对传感原理、FPGA控制、数据的远程传输和采集参数控制进行了分析,并针对分布式光纤传感节点多、数据流量大的特点,应用多线程和线程槽技术到系统构建,完成了光纤传感网络的实际检测。

布里渊分布式光纤传感技术的分类及发展

从光时域反射仪的原理及特点入手,介绍了分布式光纤传感技术的特点、作用及其分类。分析了基于布里渊散射的分布式光纤传感技术的当前进展及发展趋势,主要包括基于布里渊光时域反射、布里渊光时域分析、布里渊光频域分析、布里渊光相关域分析和布里渊光相关域反射的分布式光纤传感技术。对这五种传感技术的特点及存在的问题进行了比较,分析了每种传感技术所能达到的技术指标,指出了基于布里渊散射的分布式光纤传感技术未来的发展方向。

基于生成对抗网络的布里渊分布式光纤传感器降噪

首先,利用自洽约束生成对抗网络(SCGAN)建模布里渊增益谱(BGS)中的真实噪声分布,生成噪声数据用于去噪卷积神经网络训练。通过对高斯噪声和SCGAN生成噪声进行直方图统计和幅度谱分析,证明了两种噪声的差异。然后,利用2种噪声分别训练3种最新的去噪卷积神经网络,在不同温度、不同信噪比的实验数据上对比了各网络的性能。实验结果表明,所提方法能准确获取低信噪比BGS的布里渊频移,说明基于生成对抗网络的噪声提取方式能够有效地建模真实噪声,更好地训练有监督网络。

分布式光纤传感技术在水力压裂中的研究进展

分布式光纤传感技术作为最新的水力压裂监测技术,应用于各大油田的水力压裂过程中,并且能够实现实时监测,已取得了显著的应用效果。为使业界进一步了解不同类型传感技术的基本原理、理论模型研究进展、现场应用情况,从分布式光纤温度传感技术和声波传感技术在水力压裂过程中的监测基本原理出发,系统总结了各类传感技术的理论模型研究进展和在产液剖面、裂缝扩展形态监测等方面的应用现状,最后提出了未来分布式光纤传感技术的发展方向。研究结果表明:①分布式光纤传感技术可以利用温度或者声波信号转换得到周围环境温度或应变的变化情况,从而实现水力压裂过程中的实时监测;②与分布式光纤声波传感技术相比,温度传感技术的相关理论模型相对较为成熟,能够实现产液剖面及裂缝形态的相关计算;③分布式光纤传感技术主要用于水力压裂过程中压裂液的注入、裂缝扩展等方面的监测。结论认为:分布式光纤传感技术可以有效地推动中国非常规储层的勘探和开发,同时提高水力压裂效果评价技术水平,这对中国油气行业的可持续发展具有重要推动作用。

基于多维参量分布式光纤传感的架空输电线路覆冰监测技术

对比总结了典型DOFS技术的基本原理与系统结构,对现有输电线路覆冰监测技术发展现状进行介绍。在此基础上提出了一种多维参量分布式光纤传感技术,能够实现对线路的应变、温度、振动、衰耗等状态参数进行分布式的实时监测。与现有的单参量、双参量传感监测方案相比,使用多维参量方案对线路进行融合感知,可以有效提高监测的准确度,降低误判率、误报率,为输电线路的安全稳定运行提供重要保障。

基于分布式光纤声传感火车噪声属性的车型识别及运行规律

火车运行时产生强烈的移动噪声传播至地下空间,形成一种绿色环保、强能量的人工地震波.由于载荷系统形态基本固定,火车运行时间规律,震源重复性高,这种火车震源被广泛应用于轨道安全监测、近地表成像和城市地下空间探测等领域.分布式光纤声传感是一种新兴的地震采集技术,拥有密集采样、布设简单、抗电磁干扰能力强等优点,近年来在城市交通事件微震监测、裂隙探测和地下空间成像领域逐步应用.本研究基于分布式光纤声传感技术获得的秦皇岛试验场火车移动噪声数据,拾取了30个火车交通事件,开展火车噪声视速度、波形和频谱、能量时空变化的属性分析.结果表明:试验区光纤传感的火车噪声具有明显的属性差异,低速度重载荷的火车比高铁引起的地震振幅更大、能量更强,低速火车产生的噪声包含了丰富的低频信息;根据已知的视速度、振幅属性、时频属性,划分了4种类型的火车,并揭示了它们的进出站规律.本研究拓展了分布式光纤传感的应用场景,证明分布式光纤声传感有望应用于不同车型的通勤监测.

基于混沌激光脉冲簇的拉曼分布式光纤传感技术 (特邀)

提出一种基于混沌激光脉冲簇的拉曼分布式光纤传感方案理论模型。该模型利用混沌脉冲簇激光代替传统脉冲激光作为拉曼分布式光纤传感系统的探测信号,采用延时自差分联合时域相关峰判别技术,剥离出传感光纤温度突变区域内混沌拉曼散射信号的光强信息,实现对温度突变区域的精准定位和识别。该方案通过利用混沌脉冲簇探测信号增强混沌参考信号与混沌拉曼散射信号的相关性,可有效抑制系统噪声。此外,该方法也可通过提高耦合光通量来提升系统信噪比,从而解决混沌单脉冲激光拉曼分布式光纤传感系统信噪比较低、传感距离较短的技术瓶颈。利用数值模拟仿真探究了混沌激光脉冲簇中的脉冲个数对系统传感性能(动态范围、信噪比、传感空间分辨率及温度敏感性)的影响,并分析了在混沌激光脉冲簇拉曼分布式光纤传感系统中性能最优值的脉冲个数,可实现15 km传感距离和10 cm空间分辨率的分布式温度传感。

基于SOA光纤环形激光器的分布式声传感系统

为了降低传统分布式声学传感器(DAS)系统复杂度并提高信噪比(SNR),提出了一种基于半导体光放大器的光纤环形激光器(SOA-FRL)的DAS系统。该系统用SOA-FRL取代了传统的DAS系统中的窄线宽激光器和脉冲调制器,实现了高稳定的光脉冲输出;采用双脉冲外差探测方法,实现了精确的声信号探测和声源定位。实验结果表明:在频率为1 kHz、幅值为1.14 rad的声信号作用下,所提系统的解调SNR高达38.25 dB,空间分辨率为12 m。

基于分布式光纤传感技术的超长桩承载特性分析

为探究不同地质条件下超长桩承载变形特性及数值模拟中摩擦系数对桩-土相互作用的影响,以深圳湾超级总部某项目系列试桩为背景,采用FBG密集分布式光纤传感技术进行基桩内力测试,并采用ABAQUS有限元软件进行数值模拟,对比分析桩、土界面采用不同摩擦系数取值方式时土层平均侧阻力模拟结果。结果表明:(1)灌注桩承载变形特性与桩长和持力层性质密切相关,超长桩轴力沿深度方向基本呈线性递减,端阻比明显减小;持力层为强风化花岗岩层时,试桩轴力沿深度方向呈“大肚形”递减,端阻比低于17.1%。(2)数值模拟中摩擦系数取值方式会对土体侧阻力模拟结果产生较大影响,根据土层性质差异,对桩土界面采用多个摩擦系数能够提高模拟结果准确性。

分布式光纤温度传感信号小波去噪方法

在分布式光纤拉曼温度传感系统中,反斯托克斯光包含了温度信息,但其强度相对较弱,易受到噪声干扰。传统的信号去噪方法往往会滤除系统所具有的原始特征。针对这一问题,本文提出了改进的小波阈值方法,将3sigm准则与传统算法相结合。在该算法中,对信号进行小波分解,再对分解的各层小波系数进行阈值处理,使用3sigm值来区分有用信号和噪声,然后进行小波重构,实现信号去噪。在7 km长的多模光纤上进行温度测量实验,使用改进的算法对数据进行分析。结果表明,改进的方法处理后的温度波动平均为0.991℃,相较于传统算法得到的2.422℃,提高了1.431℃。与传统算法相比,3sigm准则算法提高了测温精度,并为阈值的选择提供了新的思路,使阈值的选择更具统计意义。

分布式光纤布里渊散射温度传感实验系统

提出一种基于布里渊光时域反射计法的分布式光纤布里渊散射温度传感系统 .光源采用窄谱半导体激光器 .声光调制器将光源调制成窄脉冲 ,并由高增益光纤放大器放大 ,产生高功率光脉冲信号 ,提高了自发布里渊散射信号的强度 .采用双通马赫 -曾德干涉仪将布里渊散射从瑞利散射中分离出来 ,在一段 4 .2 5km长的光纤上进行分布式温度传感的实验研究 .双通马赫 曾德干涉仪对瑞利散射进行了很好的抑制 ,得到了比较纯净的随温度变化的布里渊散射信号 .

基于分布式布里渊光纤散射传感的海底动力电缆监测技术研究

针对海底动力电缆出现故障而寻找电缆监测的技术与方法,分析渤海湾不稳定海域的海底动力电缆多次出现短路和断路故障的原因与机理,提出基于布里渊散射原理的分布式光纤传感技术监测电缆所受外力变化和监测电缆内部温度变化的方案和方法,进行三相高压电缆截面温度场和电缆外部受力变形的数值模拟分析,通过室内模拟实验和海堤沉降段电缆敷设后的光纤传感监测数据及水准仪观测监测数据对比分析,得出光纤传感器检测数据趋势与水准仪器测量结果吻合。模拟和现场测试结果表明,基于光纤布里渊散射原理的分布式光纤传感技术可有效实现海底动力电缆的温度和变形监测。

基于分布式光纤传感技术的风电叶片变形监测研究

为研究风电叶片在服役过程中的变形特性,采用分布式光纤传感技术,对叶片在静力试验中的应变场进行监测。试验结果表明,分布式光纤光栅(FBG)传感器能够有效测量风电叶片在静力试验中的各关键部位的应变信息,能承受大载荷下的高应变,测量结果与电阻应变片测量值基本吻合,验证光纤传感技术在风电叶片监测上的可靠性和有效性,为以后风电叶片的挂机在线监测提供可行方案。

基于布里渊散射的分布式光纤传感技术

基于布里渊散射的分布式光纤传感技术是目前国内外研究的热点。其中基于时域定位的布里渊分布式光纤传感技术主要分为布里渊光时域反射和布里渊光时域分析两种。国内对基于布里渊光时域反射技术的分布式光纤传感技术的研究报道比较多。介绍了基于布里渊光时域分析技术的分布式光纤传感技术的研究现状,并对基于时域定位的两种传感技术进行了分析对比。总结了布里渊散射分布式光纤传感技术实用化存在的问题及可能的解决方法,指出了该传感技术进一步的发展方向。

光纤布里渊分布式温度应变同时传感研究进展

基于布里渊散射的光纤分布式传感技术可以实现对温度和应变的同时传感,如何解决温度、应变的交叉敏感问题是实现温度应变同时传感的关键。文章详细介绍了已报道的几种常见的实验方案,并对不同方案进行了比较分析,最后对未来的发展进行了展望。

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。

面向航天领域应用的分布式光纤传感技术研究(特邀)

基于光纤传感网络的测量技术具备多测点、快速测量、抗电磁干扰及本征安全等优势,在航空航天、电力和土木等领域有广泛的应用前景。回顾了航天领域光纤传感技术的应用进展,围绕飞行器应用的光纤传感关键技术,着重分析了光纤传感器设计与制备和分布式光纤调制解调技术,以集成高密度弱反射光纤光栅传感器的热防护材料为监测对象,搭建光频域反射系统,获取了单面加热情况下热防护材料毫米级空间分辨率温度分布信息,并给出了高空间分辨率分布式光纤传感系统在航天领域应用的发展建议。

分布式光纤传感中布里渊动态光栅研究现状与发展趋势

在保偏光纤两端同一偏振方向上注入两束泵浦光,产生受激布里渊散射并激发出相干声波场,该声波场会对介质折射率进行调制,即形成布里渊动态光栅。利用该动态光栅可实现温度与应变高精度的分布式测量以及多参量的同时传感,并具有读写分离、光谱可调等优点。文章从原理上详细介绍了布里渊散射与布里渊动态光栅的产生原理,并对比分析了布里渊动态光栅在光纤传感方面的优势。针对现阶段布里渊动态光栅在布里渊光相干域与布里渊光时域中的应用进行详细综述,指出了各自的不足与改进后取得的进展。最后,对布里渊动态光栅在分布式光纤传感技术中的发展进行了总结与展望。