基于超弱光纤光栅阵列的长距离传感系统

提出了一种基于超弱光纤光栅阵列的长距离传感系统。基于超弱光纤光栅的离散分布和高信噪比特点,采用分段采集的方法降低系统对数据缓存和计算能力的要求,利用ZYNQ(ZYNQ-7035 All Programmable SoC)嵌入式底层硬件实现对选定空间上10 km传感段的解调。采用OptiSystem软件仿真分析系统的功率预算,精准设计入纤脉冲光功率以及拉曼光纤放大器的配置,结合电路的动态分段增益,实现长距离传感系统中的功率均衡,并搭建实验系统予以验证。结果表明:系统工作距离可以达到50 km,传感信号的强度波动小于2.2 dB,空间分辨率为1.5 m,解调速度为0.3 Hz,远端的解调精度稳定在6 pm以内,温度测量精度为±0.15℃,应变测量精度为±5.5με。系统整体性能优于传统的分布式布里渊传感系统,且具有良好的可扩展性,在长距离光纤温度、应变感测上具有明显的技术优势。

基于喇曼/掺铒光纤混合放大的长距离布喇格光栅传感器系统

提出了一种提高长距离光纤布喇格光栅信噪比以进行准分布测量的新方法.本方法基于双向喇曼放大和双掺铒光纤结构,喇曼光纤放大器对布喇格光栅信号进行低噪音的双向放大,置于远处的掺铒光纤利用剩余的泵浦功率产生自发辐射光和放大传感信号,为第二段掺铒光纤之后的远处布喇格光栅传感器提供光以及补偿由于长距离传输造成的光纤损耗.实验显示传感器系统的性能得到显著提高.使用功率为240 mW的单个普通泵浦,分布在50 km光纤上的FBG均可获得15 dB的良好信噪比,比混合放大前提高了10 dB.

超长距离光纤布拉格光栅传感系统

提出了基于可调激光器和声光脉冲调制的光纤布拉格光栅(FBG)传感系统,同时利用掺铒光纤放大器(EDFA)和拉曼放大相结合的放大方案大幅度提高了光纤布拉格光栅传感系统的传输距离,达到了300 km的超长距离传感。该系统通过前端的EDFA和末端的拉曼泵浦光源来补偿光纤布拉格光栅反射的光功率。系统在低于275 km长度时获得了大于15 dB的优良信噪比;在300 km处获得了4 dB的信噪比,以及明显的反射信号。系统在100,200,250,300 km处的静态应变实验中,线性度均达到了0.999以上。系统可望在铁道、输油(气)管道、海岸线等的超长距离遥测中得到广泛应用。

鲁棒式融合型光纤距离方位集成传感机理

提出一种鲁棒式信息融合型的光纤接近觉距离方位集成的传感新技术 ,通过多发射光纤及分时顺序工作 ,该传感器实现光纤传感网络补偿的方法。

三阶双向RFA的Φ-OTDR传感距离分析仿真

喇曼光纤放大器(RFA)可有效地提高相位敏感光时域反射计(Φ-OTDR)系统的传感距离。为了进一步提高Φ-OTDR的系统传感距离,采用粒子群优化(PSO)算法对三阶双向RFA的泵浦光功率取值进行优化,计算了基于三阶双向RFA的Φ-OTDR系统理论最远传感距离,并设计了仿真实验。仿真分析结果表明:当探测脉冲宽度大于200 ns时,Φ-OTDR系统经三阶双向RFA放大传感距离可达到200 km以上。

EDFA对长距离分布式光纤传感系统的附加拍频噪声研究

在基于波分复用技术的分布式光纤传感系统中,由于宽谱光源具有较大的强度噪声,光谱法测噪声系数的噪声特性评估方式不再适用.本文利用光的受激辐射与自发辐射偏振状态的差异性,提出一种双光路偏振平衡法,可以较为准确地测出分布式光纤传感系统中由掺铒光纤放大器(EDFA)引入的附加拍频噪声及该噪声对系统性能的影响.实验结果表明:输入光功率是影响系统附加噪声因子的主要因素,随着输入EDFA的光功率从10μW增大到250μW,系统的附加噪声因子随之线性增加,而泵浦电流对附加噪声因子影响较小.对于实验中所采用的EDFA及系统光源,将输入EDFA的信号功率控制在100μW以内,可使其附加噪声因子控制在0.002以下,使系统保持较好的性能.

长距离光传感用LED

在用LED和激光器取代白炽灯做光传感器光源的过程中,厂商和最终用户享受到了半导体的固有优势:体积小、功耗低、易于大量生产和寿命长。随着微电子技术的进一步发展,光传感器厂商开发出了更小、更强的器件。 不过,LED的设计使它不能用于光源和目标之间的距离超过几厘米的光束中断应用。因此,激光器是长距离用途的通常选择,但是对最终用户来说,激光器可能存在一些安全问题。

欧姆龙推新长传感距离接近传感器 可提升汽车业生产效率

当地时间7月1日,日本欧姆龙公司(OMRON Corporation)在全球发布了其全新E2EW系列全金属接近传感器,该传感器拥有全球最长的传感距离,不仅能够探测不同材料组件的稳定性,还能保证整个金属车身的耐用性。因此,该传感器能通过降低汽车焊接过程中由传感器引起的突然停机的风险,从而提升汽车行业的生产效率。

基于极化变换谐振器的远距无芯片RFID湿度传感器设计

提出了一种用于远距离传感的无芯片RFID湿度传感器的设计.设计采用极化变换谐振器,用于减小周围环境对标签响应的影响,提高了传感器的可靠性.传感器标签集成了可实现极化变换的双螺旋条带和四组弯曲哑铃形条带,分别作为湿度传感谐振器和编码谐振器,能够在3.1 GHz~10.6 GHz的超宽带频率范围内产生5个谐振峰.传感谐振器表面涂覆的PVA材料层在湿度变化时影响谐振频率,实现湿度传感.谐振器标签布局紧凑,便于组成阵列形式以提高其雷达散射截面(RCS),实现远距离传感.仿真和实测结果表明,该传感器在1.4 m的阅读距离时可实现较为灵敏的湿度传感功能.传感器整体性能良好,具有较广的应用前景.

基于Φ-OTDR的分布式光纤扰动传感系统研究现状

基于相位敏感光时域反射计(Φ-OTDR)的分布式光纤扰动传感系统一直是扰动监测方面的研究热点。通过对比与传统光时域反射计(OTDR)的区别,介绍了Φ-OTDR传感系统的结构和工作原理。根据其发展动态,以提高传感距离和定位精度为目的,从Φ-OTDR系统结构的改进出发,分别论述了传统式、拉曼式、布里渊式和级联式四种典型的Φ-OTDR扰动传感系统的工作原理及研究现状,总结了各自的优缺点,为在实际应用中选择合适的系统结构提供了方向,最后展望了基于Φ-OTDR的分布式光纤扰动传感系统的应用前景。

位置传感器的选择、安装与维护

光电传感器与电感接近传感器是许多制造厂中最通用和最常见的非接触型位置传感装置,也最易造成使用不当。不幸的是因为这种传感器结构简单,并以在误用时仍能保持其可靠性而闻名,以致人们随便使用而常常忽视与其它控制系统元件相匹配。

基于LPFG滤噪和混合放大的长距离FBG传感器系统

设计的基于长周期光纤光栅(LPFG)滤噪和掺Er光纤(EDF)/喇曼混合放大的长距离光纤布拉格光栅(FBG)传感器系统,不但优化了系统的信噪比(SNR),而且使传感距离提高到50 km。该系统以高功率扫描激光器作为传感光源和解调系统,加入的LPFG减小了双向喇曼放大的自发辐射(ASE)噪声和FBG后向反射噪声,同时双环形器的EDF结构利用剩余的泵浦功率产生ASE光和放大传感信号,为后端FBG提供了光源以及提高了后端FBG的SNR。带LPFG的混合放大与EDF/喇漫混合放大相比,实验表明,FBG 1和FBG 2的SNR分别提高了4.40 dB和4.38 dB,而且分布在50 km光纤上的4个FBG均获得了大于15 dB的SNR。

低温长距离分布式布里渊光纤传感系统研究

针对目前青藏高原多年冻土区高速公路工程构筑物监测急需解决的问题,提出了低温条件下长距离监测的分布式布里渊光纤监测传感技术方案,并使用差分脉冲布里渊光时域分析(DPPBOTDA)技术在单模光纤中开展了分布式光纤传感试验研究。使用120ns/100ns和110ns/100ns脉冲对组合在50km光纤传感长度上进行试验,研究2种脉冲对组合对应的布里渊增益谱、布里渊频移和信号的信噪比,探索了低温条件下长距离监测的分布式布里渊光纤技术空间分辨率和测量精度的关系。结果表明:试验得到的光纤传感系统具有50km传感距离,1m空间分辨率和6.552×10-6应变传感精度,弥补了中长距离传感范围研究的空白。

基于随机数编码的相位敏感光时域反射仪

相位敏感光时域反射仪(Ф-OTDR)的传感距离与空间分辨率相互制约,为进一步提升系统性能,提出了光脉冲随机数编码方法,分析了基于编码的相干探测Ф-OTDR的线性化理论,阐述了随机数编码与解码原理并推导了随机数编码的增益数学模型。实验证明,在1 kHz脉冲重复频率,与40 ns脉冲宽度的条件下,与单脉冲调制的Ф-OTDR相比,使用128 bit 40 ns脉冲宽度的随机数编码可将传感距离从25 km提升至50.26 km,且在接近尾端处还原的振动信号信噪比可达17.51 dB,能够较好还原振动信号。研究表明随机数编码方法为提升Ф-OTDR传感性能提供了有效的解决方案。

涡街流量计的压电探头最优距离和新型测量方法研究

针对涡街式流速传感器中电信号微弱并且提取特征涡街信号困难,基于压电方程和湍流N-S方程,建立了流-固-电耦合仿真计算模型,构建了流速测量的新方法。通过理论分析和风洞实验,获得了圆柱绕流体直径(D)、空气流速(v)与压电传感距离(L)以及功率(P)之间的影响规律。仿真计算和实验结果表明:通过提取频域曲线中涡激频率下的功率作为涡街的传感强度,有助于感知微弱的空气流速信号,同时解决噪声等电路上的干扰影响。其次,D增加,最优传感距离(L_(osr))增加;D不变时,功率(Posr)随流速增大而提高,且L_(osr)不变;通过分析得出了采集信号在L_(osr)下最优的本质原因—在该处,涡街成熟且脱落稳定、升力系数(C_(L))稳定。最后,该压电装置测量的最低流速为0.3 m/s。

基于LoRa设备的人体活动识别研究

近年基于LoRa设备建立的诸多传感模型验证了LoRa设备的长距离传感潜力,但使用特征模糊的LoRa无线信号识别人体活动仍然需要进一步研究。分析了LoRa信号受人体活动影响的传播规律,提出了一种LoRa信号处理方法来提取信号变化特征。随后采集数据创建了2个记录人体活动的LoRa数据集,通过当前先进的深度学习网络检验所提方法的效果。对1个房间内活动种类、活动人员,4个房间内活动人员、活动发生房间的识别准确率均达到了90%以上,对比使用卷积循环神经网络直接进行训练的方法也更节省时间和空间资源。

空间电扫描型低相干干涉长距离光纤传感解调系统

基于双超辐射发光二极管（SLED）光源研究了空间电扫描型低相干干涉长距离光纤传感解调系统。通过负透镜扩束搭建了紧凑解调干涉光路,分析了双SLED光源功率比对低相干干涉条纹形态的影响并探讨了传输损耗的功率比补偿。针对双SLED光源干涉条纹的特点,提出了双阈值的任意极值解调算法,并进行了压力解调实验。结果表明,在50~180 k Pa的压力范围内,利用不同峰值,可以实现0.24%~0.40%F.S.（F.S.为全量程）的解调精度,光纤传输距离达到1.76 km,与理论分析吻合。

超长距离分布式光相位传感系统定位的一种新方法

针对超长距离分布式光相位传感系统对于被探测物理量的定位问题,提出一种双Mach-Zehnder(MZ)结构和相关算法相结合的信号定位新方法。研究结果表明,该定位方案可以成功地在长距离(50 km)的范围内对信号定位。传感系统埋设于地下0.5 m处时,可以得到最小定位相对误差为0.19%。

海水盐度光纤遥测技术研究——测量原理

提出了一种用于海水盐度检测的光学新方法 ,利用光纤光学技术与CCD检测相结合的测量技术 ,并通过测量待测海水与参考蒸馏水的折射率差的方法 ,减小了盐度测量受温度的影响 ,并可实现海水盐度的自动化远距离遥测。建立了测量原理的理论模型。该系统水下的测量探头部分由无源的全光学结构组成 ,具有结构紧凑、精度高、抗电磁干扰、防燃、防爆、可柔性弯曲等诸多优点 ,在海洋勘探 ,环境监测以及军事。