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。

高精度双斜坡辅助式混沌布里渊光纤动态应变传感

近年来,基于受激布里渊散射的分布式光纤传感技术已广泛应用于土木结构健康监测、灾害预警、国防安全等诸多领域,振动等动态参量的实时传感和精准检测已成为备受瞩目的研究热点.本文提出一种基于增益开关调制和双斜坡辅助的混沌布里渊光相关域分析传感技术,实现高精度、大范围动态应变监测.首先,理论分析了单斜坡辅助系统中混沌激光固有的时延特征和功率随机波动特性对测量精度的影响和限制;然后,利用增益开关调制产生48.6 dB的高消光比脉冲,使得混沌信号时延旁瓣和非零基底诱发的噪声场被大幅抑制,仿真结果表明声波场信噪比提升3.31 dB,实验测得混沌布里渊增益谱信号背景噪声比提升1倍,动态应变测量精度由±40.2μe提高至±23.1μe;最后,利用双斜坡辅助技术,消除混沌激光固有功率波动的影响,动态应变测量精度进一步提升至±8.1μe,系统稳定性良好,且动态范围仍保持800μe,为现代传感网络的高精度、大范围动态应变监测提供了一种新的解决方案.

混沌布里渊光相关域分析技术进展

分布式光纤传感技术已广泛应用于基础设施的健康监测、军事国防安全等领域,长距离高空间分辨率的混沌布里渊光相关域分析(chaotic BOCDA)技术具有广阔的发展和应用前景。Chaotic BOCDA以类噪声、宽频带、宽光谱的混沌激光为探测信号,分别利用其类δ函数特性拓展传感距离、利用自相关特性提高空间分辨率以及利用高斯型光谱特性获得本征展宽的布里渊增益谱。基于上述特性,分别综述了10.2 km长传感距离、3.5 mm高空间分辨率和1200με大范围动态应变监测的chaotic BOCDA系统。此外,还分析讨论了chaotic BOCDA技术的优缺点,并对其发展前景进行了展望。

高空间分辨率分布式光纤传感技术的研究进展

对三种基于布里渊散射的高空间分辨率分布式光纤传感技术,即布里渊光纤时域分析暗光脉冲技术、布里渊光相关域分析及布里渊光频域分析技术,进行了详细阐述。分析了每种技术的工作原理,对每种技术所采用的实验系统配置、所能达到的空间分辨率进行了介绍,并对其存在的局限性进行了说明。