基于Brillouin散射的分布式光纤拉伸应变传感器的理论分析

分布式光纤拉伸应变传感器具有非常重要的应用前景。本文中着重从理论上分析讨论了光纤拉伸应变与由此引起的Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ散射光相对于入射光频移量的变化关系。计算结果表明：其理论和实验数据基本吻合。

融合拉曼散射的BOTDR温度应变解耦传感系统研究

采用单模光纤获取布里渊频移并利用多模光纤进行拉曼测温补偿,是工程应用中常用的温度应变双参量传感方法。但其存在传感光缆结构复杂、应用成本高的缺点。基于双路光开关分时复用,搭建了面向单芯单模光纤的拉曼散射和布里渊频移融合探测系统,实现了温度与应变解耦测量。分析了双参量传感测量原理,构建了拉曼散射辅助的BOTDR实验系统,并采用小波降噪算法进行数据处理。实验证明,该系统在3 m空间分辨率下,测量距离可达9 km,温度测量结果波动范围为±1.5℃,温度波动均方根误差(RMSE)为0.808℃,应变解调结果波动范围为±117με,应变波动均方根误差(RMSE)为72.04με。研究表明,融合拉曼散射的BOTDR温度应变解耦传感系统可有效解决单模光纤传感过程中交叉敏感问题,为后续的工程化应用提供了理论基础和解决方案。

基于LSTM的布里渊增益谱提取方法

针对布里渊光时域传感器在进行长距离监测时存在的实时性较差的问题,提出了一种基于长短期记忆网络的布里渊增益谱温度提取方法。采用洛伦兹函数仿真生成用于长短期记忆网络训练的数据集,建立长短期记忆网络与温度的映射关系。搭建了40 km的布里渊光时域实验系统,通过谱线相减法对实验数据中存在的畸变现象进行校正,采用长短期记忆网络对校正数据进行了温度信息提取。将本文提出的长短期记忆网络方法与经典的极限学习机方法进行了对比。仿真和实验结果表明,所提算法的最小均方根误差可达0.11℃;即使在扫频步长较大的情况下,该方法仍具有较好的测量精度,有利于提高布里渊光时域温度传感系统的实时性。

基于光纤传感器的OPPC在线实时监测系统研究

为提高光纤复合架空相线(Optical Phase Conductor,OPPC)在线实时监测系统性能,以OPPC应力应变和温度监测为研究对象,提出一种基于光纤传感器的OPPC在线实时监测方法。方法通过搭建布里渊光时域分析(Brillouin Optical Time-Domain Analysis,BOTDA)与布里渊光时域反射(Brillouin Optical Time Domain Reflectometer,BOTDR)系统,对OPPC进行应力应变和温度监测,实现了OPPC在线实时检测。仿真结果表明,相较于BOTDR系统,BOTDA系统对OPPC应力应变监测的测量有效距离更长、空间分辨率更高、测量精度更高,且更容易准确定位引下线,实现线路应力分析;对OPPC温度的监测效果更好,更能实时反映OPPC的温度运行状况,确保OPPC运行安全,为提高OPPC在线实时监测系统的性能提供了参考。

隧道健康诊断BOTDR分布式光纤应变监测技术研究

布里渊散射光时域反射监测技术是一项新型的光电监测技术,它利用布里渊散射光的光谱技术和光时域测量技术,可对沿光纤的轴向应变进行分布式监测,并具有分布式、长距离、精度高和耐久性长等特点。首先介绍了该监测技术的原理和特点,并以南京市鼓楼隧道健康诊断为例,介绍了该技术应用于该隧道变形监测以及监测的方案,讨论了隧道内环境因素如温差和振动等对监测结果的影响,验证了监测系统的灵敏性,最后对隧道的变形监测结果进行了分析,给出了鼓楼隧道的健康诊断。研究成果表明:该技术应用在隧道安全监测和健康诊断中是十分可行的,也是十分有效的。

布里渊散射分布式光纤传感技术的研究进展

阐述了基于布里渊散射的分布式光纤传感技术测量光纤温度/应变的基本传感原理。介绍了基于光时域反射仪发展起来的几种传感技术,布里渊光时域反射(BOTDR)、布里渊光时域分析(BOTDA)、布里渊光频域分析(BOFDA)分布式光纤传感技术,特别对BOTDR的原理和典型系统方案进行了详细的介绍。最后,叙述了基于布里渊散射的分布式光纤传感技术当前的进展和趋势。

基于布里渊散射的分布式光纤传感器的进展

目的 介绍了基于布里渊散射的分布式光纤传感器的当前进展及趋势 .方法 给出了基于布里渊散射的分布式光纤传感器的原理 ,介绍了基于光纤光时域反射的 BOTDR和 BOTDA的分布式光纤传感器 ,以及基于自发布里渊散射的同时测试应变和温度分布式光纤传感器 ,并指出了遇到的问题 .结果 使读者详细了解基于布里渊散射的分布式光纤传感器当前进展及发展趋势 .结论 基于布里渊散射的分布式光纤传感器继承了分布式光纤传感器的优点 ,并使测试的范围增大 ,可测信息种类增多 ,精度更高 .

基于BOTDA的钢筋应力实时监测方法

提出一种将分布式应变传感光纤技术用于钢筋混凝土中钢筋应力监测的方法,能在较短施工期内将分布式光纤传感器准确埋入混凝土内部,对钢筋的应力水平进行长期实时监测,确定混凝土结构的工作水平,更好地预测结构的耐久性.分析传感光纤应变与钢筋应变的转化关系,为提高分布式传感器的空间分辨率,提出盘绕方式的光纤黏结方法,对盘绕弯曲曲率的影响进行分析.通过简支梁的全过程受力试验,比较了传统应变片和分布式传感光纤的测量结果,并对光纤不同的黏结方式进行对比,验证了该方法的可行性和有效性.

输油管道冻胀融沉监测的光纤布里渊传感技术

针对高纬度冻土环境下输油管道在冬夏交替的冻胀融沉作用下易发生大变形,其损伤具有范围广、隐蔽、随机及滞后性等特点。提出采用光纤布里渊全分布式传感技术对输油管道进行长期监测,通过PVC管模型的单点集中荷载实验验证了该技术测试的正确性,并利用PVC管在水结冰冻胀和冰受热融沉过程的受力状态模拟输油管道在真实冻胀融沉过程的受力状况。结果表明,光纤布里渊传感器可有效揭示冻胀融沉过程中PVC的受力状况,应变测量值与局部高精度光纤光栅传感器应变测量值比较吻合,适于输油管道的冻胀融沉长期监测。

分布式光纤传感器监测预应力锚索应力状态的试验研究

对预应力锚索应力分布状态的监测一直是岩土预应力锚固工程中的难题之一,而布里渊光时域反射计(BOTDR)光纤应变传感技术是一项新型光电监测技术,可对光纤及其附着支护表面的轴向应变实现分布式监测,因此研究如何将其应用于岩土工程预应力锚固体系的应力监测具有重要的理论意义与工程价值。分别对1根钢铰线锚索与3根基纶纤维增强复合塑料(AFRP)锚索进行了应力状态监测试验,分布式应变采样点最小间距为5 cm。测试结果表明,分布式光纤传感器具有较高的测量精度,光纤传感器与应变计测量结果之间的相对误差小于3.8%。在张拉锚固阶段,1根钢铰线锚索的预应力损失为8.8%,3根AFRP锚索的预应力损失小于6.08%;30 d后钢铰线锚索预应力损失为11.1%,AFRP锚索预应力损失小于10.3%。由此可见,将BOTDR分布式光纤传感技术应用于岩土工程预应力锚索的应力分布状态监测具有广阔的前景。

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 .

波分复用串联的布里渊散射分布式光纤传感器

在一定分辨率和响应时间要求下,应用波分复用技术来串联布里渊散射分布式光纤传感器,解决了同时进行传感和通信存在的信号干扰.具体是采用波分复用来隔离传感光信号与通信光信号,同时应用光相干外差接收来分离传感与通信之间的电信号频谱.实现了两台布里渊散射分布式光纤传感器之间的串联,单台传感器的传感距离为25km,串联后达到50km.

布里渊背向散射光谱数据拟合算法设计与实现

针对光纤某些点处布里渊背向散射光谱的测量数据出现多峰的情况,提出采用区间划分和基于最小二乘的非线性回归方法对采集到的布里渊背散光谱进行处理.该方法不仅可以拟合单峰布里渊背散光功率数据,而且可以自动识别多峰数据并分别对几个峰进行拟合,使得计算结果能更准确反应光纤沿线的应变情况.实验结果证实了算法的有效性和可行性.

光纤移频分布式布里渊光纤传感技术

提出了一种利用布里渊光纤环形腔移频技术实现分布式光纤布里渊传感的方法.该方法基于布里渊光时域分析法原理,将一束单纵模运转激光器输出的激光分为两束;一束光入射布里渊光纤环形腔中产生窄线宽的受激布里渊散射光作为斯托克斯光,另一束光经过低频相位调制后作为泵浦光;斯托克斯光和泵浦光分别相向入射进入传感光纤,通过测量布里渊谱得到光纤温度或应变.利用该方法可将十几GHz的微波频率转化为兆赫信号频率进行探测处理,仅需一台激光器,因此系统结构简单、成本低,还可减小激光器频率波动对测量准确度的影响.实验验证了该方法的可行性.

布里渊光时域分析传感器中光偏振控制技术的研究

普通单模光纤的布里渊光频移是光纤温度和应变的函数,可利用布里渊光时域分析(BOTDA)技术来测量光纤各点的温度、应变分布情况。但受激布里渊散射信号在光纤中存在偏振相关性问题,这会影响信号的精度和准确性。本文实验研究正交偏振控制和随机偏振控制技术抑制布里渊光时域分析系统的偏振相关性,优化BOTDA系统的检测性能。

布里渊光时域分析动态应变传感技术研究进展

布里渊光时域分析(Brillouin optical time domain analysis,BOTDA)可以实现长距离、分布式、高空间分辨率、高精度的应变传感,在大型基础设施健康监测、飞行器状态监测领域具有广阔的应用前景.然而传统的BOTDA需要扫频,传感速度较慢,难以实现动态应变的测量.针对这一问题,根据工作原理的不同分别综述了斜坡辅助BOTDA(slope-assisted BOTDA,SA-BOTDA)、快速BOTDA(fast BOTDA,F-BOTDA)、免扫频BOTDA(sweep free BOTDA,SF-BOTDA)和基于啁啾泵浦/探测光的动态BOTDA近年来的进展情况,对比了各种技术的优缺点,并对布里渊光时域动态应变传感技术的发展前景进行了展望.

光纤中受激布里渊散射的应用及研究进展

简单介绍了光纤中受激布里渊散射的研究进展,阐述了受激布里渊散射在光纤传感器、光纤陀螺及相位共轭镜中应用的基本原理和研究现状以及光纤传感器、光纤陀螺和相位共轭镜目前的发展现状,评述了基于受激布里渊散射的传感器和相位共轭镜未来的发展前景。

光纤传感技术及其在管道监测中的应用

管道安全关系到人类生命和财产安全,及时掌握管道结构健康状态是确保其安全运行的重要前提,近年来发展起来的光纤传感技术为管道结构的安全监测提供了技术保障。传感器的选择和使用是进行结构监测时首先考虑的问题,重点介绍了SOFO点式、FBG准分布式、BOTDR和BOTDA分布式光纤传感器等光纤传感技术的系统组成、基本原理及关键技术,对其性能和特点进行了对比分析;在此基础上,探讨了适用于管道变形监测的FBG和BOTDA光纤监测实用系统,及适用于管道泄漏监测的基于拉曼散射的OTDR分布式温度传感技术和基于模态分布调制干涉技术的油气管道检测系统。分析了其各自作为结构监测传感器的优缺点,为今后的管道监测选用提供了依据。

面向桥梁健康监测的光纤分布式系统开发

介绍了一套面向钢架结构健康监测的传感设备,并在江阴大桥上进行性能测试和验证。描述了在江阴大桥实地进行性能验证的过程,通过对系统测量数据的分析,得到了大桥应变的时间分布及空间分布,初步验证了布里渊光纤分布式系统在钢架结构健康监测应用的可行性和实用性。

希尔伯特变换处理的布里渊散射DOFS的研究

光时域反射结构的布里渊散射分布式光纤传感器所检测的自发布里渊散射光信号非常微弱,且频带宽度在几十兆赫以上,难以应用普通相干解调方法.提出了基于希尔伯特变换的光相干检测方法,具体采用微波电光调制产生频移参考光和自发布里渊散射光进行相干检测得到光电信号,再应用基于希尔伯特变换的数字信号处理技术对光电信号进行幅度解调,得到了信噪比改善的布里渊散射光谱,从而有利于提高传感器的检测性能.