干涉式光纤陀螺中的Rayleigh散射研究

从光的干涉原理出发分析了Rayleigh背向散射对干涉式光纤陀螺性能的影响,得出了散射光强与光纤位置之间的关系式,绘制了散射光强与光纤中位置之间的关系曲线,得到了距离光纤的两个端点越远Rayleigh背向散射对光纤陀螺的性能影响越小的结论。研究结果对分析光纤陀螺的光路误差有一定的参考价值。

一种三环并联Rayleigh后向散射式光纤转动传感器

以单环后向Rayleigh散射式光纤转动传感器原理为基础,提出了一种三环形腔并联Rayleigh后向散射式光纤转动传感器新结构.利用三个2×2单模光纤耦合器,建立了并联三环形腔Rayleigh后向散射式光纤转动传感器的理论模型,给出了用光时域反射计(OTDR)探测到的信号强度表达式.通过计算机仿真优化了参量,选择三环的长度分别为1500m、1078m和680m.三个2×2光纤耦合器的耦合系数分别为95.23%、94.88%和95.26%构建了测试系统,对不同转速所探测到的后向Rayleigh散射信号进行测量,得到与理论相一致的实验结果.三环的采用,增加了测试的有效数据,使其更有利于识别,提高了测量转速的准确度.

基于相干瑞利散射的管道安全光纤预警系统

将相位敏感光时域反射计应用于油气管道安全监测领域.首先通过理论分析其探测原理,推导出干涉光强与光纤折射率的对应关系,从而论证了该方法的可行性;然后提出了一套新的信号处理方案,从空域及时域两方面对信号进行了处理.空域上,在传统移动平均算法的基础上引入间隔参数并提出一种新的差值算法,提高了信号的信噪比并降低了系统运算量;时域上,提取了入侵位置对应的时域信号并通过采用时频分析以及小波滤波的方法直观表现了外界入侵事件的时域特征.现场实验结果表明,该系统能有效探测到外界入侵事件并进行精确定位,差值信号信噪比达到7.8,d B,定位结果标准差在10,m以内.

一种分布光纤式石油管道防盗监测系统

为解决石油管道频繁发生的被挖掘、钻孔、盗油问题,提出一种利用分布式光纤传感器对石油管道的安全状况进行实时监测的技术.在石油管道附近铺设一条光缆,利用光纤作为传感器,拾取管道周围的振动信号.当发生人为破坏事件时,所产生的振动、压力等扰动信号导致在光纤中传输的后向瑞利散射光产生明显的损耗特征.在入射端利用光时域反射技术(ODTR,Optical Time Domain Reflectometer)测量瑞利散射光的损耗变化,检测管道受到的扰动破坏和实现扰动点的定位,进而在破坏的初期即可实现报警.实验结果表明系统已达到主要技术指标:光纤长度为5km(可延长),定位偏差小于20m,分辨率为1m,可有效提高石油管道的防盗水平.

1.55μm喇曼温度传感器的强循环解调方法

针对1.55μm喇曼滤波器的隔离度不高的情况,提出了抑制背景噪声、热漂噪声积累、瑞利背向散射光窜扰反斯托克斯背向散射光的喇曼温度传感器的强循环解调方法。提高了系统的灵敏度、温度测量精度和稳定性;取消了恒温槽,降低了系统成本。实验表明,该解调方法使温度测量精度达到±0.05℃。

分布式光纤传感器在数字油田应用中的研究进展

分布式光纤传感器根据其原理可以分为瑞利散射分布式光纤传感器,拉曼散射分布式光纤传感器以及布里渊散射分布式光纤传感器。分布式光纤传感器因具有测量范围宽,测距长,高灵敏度和高精度而得到广泛应用,但它在油田领域的一些应用却相对陌生。本文的目的在于阐述分布式光纤传感器在数字油田应用中的研究进展,反映国内外对这块领域研究的现状,分析各种分布式光纤传感技术的优缺点,以此使得其在数字油田中有更好的应用前景。

采用APD检测的编码瑞利BOTDA系统性能

瑞利布里渊光时域分析系统具有单光源、单端工作、非破坏的优点,为了解决系统信噪比与空间分辨率之间的矛盾,将编码技术应用到瑞利布里渊光时域分析系统中,可以在保持空间分辨率不变的前提下提高系统信噪比。提出了基于雪崩光电二极管检测和Simplex编码的瑞利布里渊光时域分析系统,系统中的随机散粒噪声功率和信号功率有关,而热噪声功率主要取决于雪崩光电二极管光电检测器的性能、与信号功率无关。由系统中与两种噪声相关的电流波动的方差和Simplex码的编解码规则可得编码系统的均方误差,由此推导了系统信噪比和编码增益公式。随着编码长度的增加,编码增益会逐渐增大并在某一编码长度后趋于稳定,因此系统存在最佳编码长度,最终推导了最佳编码长度公式,并对信噪比和最佳编码长度进行了MATLAB仿真。仿真结果表明,在基于Simplex码的瑞利布里渊光时域分析系统中,当脉冲基底1阶边带产生的瑞利散射光功率为0.5mW时,随编码长度的增加,编码增益逐渐增大并趋于稳定值6.69 dB,系统的最佳编码长度为63 bit。

光纤拉曼散射效应及其应用研究

测量了G6 5 2光纤和DCF光纤的背向散射光谱 ,在斯托克斯区观察到一级和二级拉曼背向散射光谱 ,在反斯托克区观察到一级拉曼背向散射光谱 ,首次在斯托克斯区和反斯托克区观察到ZX背向散射光谱。光纤背向散射效应直接应用于光纤拉曼放大器和分布式光纤拉曼温度传感器系统。讨论了分布式光纤拉曼温度传感器系统工作原理、结构 ,给出了实验结果。

土壤温度对光纤预警系统中振动信号的影响

开展了光纤预警系统在实时监控振动信号时受到土壤温度影响的理论分析和实验研究。以基于后向瑞利散射的分布式光纤传感系统为基础,土壤振动分析采用弹性半空间理论,并与光纤传感理论相结合,解释了温度对光纤预警系统中土壤振动信号的影响,建立并分析了理论模型。通过对1.2km光纤预警系统的现场实验,采集了在温度改变时土壤振动信号的变化。实验表明,土壤振动信号的峰值光功率随温度上升增大,说明了光纤预警系统中的振动信号会受土壤环境的影响。

基于光散射的分布式光纤温度传感器网络及其在智能电网中的应用

介绍了基于光散射的分布式光纤温度传感网络的研究现状和发展趋势,主要阐述了基于瑞利散射、喇曼散射和布里渊效应的分布式光纤传感器的工作原理。在此基础上重点介绍了其在高压电缆、电力线沿线温度测量中的应用情况,探讨了传感光电缆替代原有的电缆和光缆,使光通信、电力传输、传感三合一的趋势。

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。

光纤分布式扰动传感器中瑞利和受激布里渊散射光谱特性及其影响研究

针对光纤分布式扰动传感器长距离应用定位误差增大的问题,研究了传感器长距离光纤中的瑞利散射和受激布里渊散射的光谱特性及其对系统定位精度的影响。建立了长距离光纤中瑞利和受激布里渊散射的数学模型,通过仿真研究发现散射光波的杂波干涉和强度噪声会严重降低干涉仪的光学信噪比,从而导致定位误差。通过实验验证了仿真结果的正确性。研究结论可以为提高长距离应用定位精度提供理论指导。

一种新型解调法的光纤布里渊温度传感系统

在基于瑞利散射和布里渊散射强度解调的分布式光纤布里渊温度传感系统中,为了抑制系统温漂和光纤中的应力等噪声因素影响,提出了采用最近已知温度分布曲线来解调待测温度分布曲线的新方法,并在设计的传感系统中进行了实验。实验结果表明,采用该解调法的分布式光纤布里渊温度传感系统能有效提高测温精度和稳定性,降低了系统的成本。系统的测温精度达到±0.09 K。

基于一种高精度解调法的布里渊温度传感系统

针对采用瑞利散射和布里渊散射强度解调的分布式光纤布里渊温度传感系统中存在的系统温漂及光纤应力等噪声因素影响,提出了采用多个已知分段温度分布曲线来解调待测温度分布曲线,取其平均值作为测量值的新方法。系统实验表明,采用该解调法的分布式光纤布里渊温度传感系统能有效提高测温精度和稳定性,降低系统成本,系统的测温精度达到±0.07 K。

分布式光纤喇曼温度传感器的循环解调法

为了抑制温漂噪声积累,瑞利背向散射光窜扰反斯托克斯背向散射光,考虑了最近测量瑞利背散射光曲线解调反斯托克斯背向散射光温度曲线方法,即循环解调方法;该方法提高了系统的测温精度、稳定性,降低了系统的成本.实验结果与理论分析一致,系统的测温精度达±0.05℃.

基于普通光纤的准分布传感系统的研究

针对目前光纤传感所采用的特种光纤的成本高且制作工艺复杂,提出一种以标准单模光纤为光纤传感的光纤传感系统。在介绍光纤传感原理的基础上,分别进行了温度测量与浓度测量,得到了预期的结果。

影响分布式光纤传感器后向瑞利散射波形的关键因素研究

基于相干后向瑞利散射原理搭建了一套分布式光纤传感系统,并设计了一种优化的掺铒光纤放大器。以此为基础进行实验,分析了消光比、传感距离和传感光纤前后端反射等几个关键因素对相干后向瑞利散射波形的影响。实验结果表明:适当地设计电光调制器偏置电压与掺铒光纤放大器,可明显改善注入脉冲信号峰值功率和消光比;由于注入信号光消光比的限制,短距离传感比长距离传感更容易获得优良的散射信号;消除传感光纤前后端的菲涅耳反射也能显著提升散射信号的质量与稳定性。

火灾报警中的分布式光纤温度传感系统设计

随着光纤技术的发展 ,光纤传感技术已经广泛地应用在工业、农业、化工等领域中。探讨了基于 Rayleigh散射基础上的分布式光纤传感技术在火灾报警系统中的应用 ,并给出了设计方案。

分布式光纤传感技术及其在航空航天领域的应用展望

综述了分布式布里渊和瑞利光纤传感技术的主要技术原理、特点及发展概况,包括布里渊光时域分析技术、布里渊相关域分析技术、动态布里渊光纤传感技术、瑞利光时域反射计技术和光频域反射计技术五项主要技术。在此基础上,对分布式光纤传感技术在航空领域的应用进行了回顾,并对其在航天领域的可能应用进行了探讨。

分布式光纤传感器温度与应变区分的研究

针对分布式光纤传感器系统中温度和应变同时存在的问题,给出了一种联合受激布里渊散射(SBS)和后向瑞利散射来解决此类交叉问题的方法。根据光纤中SBS,后向瑞利散射与施加在光纤上的温度和应变的相关特性,分析了温度和应变对SBS,瑞利散射的影响。数值求解出在泵浦光入射端接收到的SBS信号光功率和后向瑞利散射光功率。由应变补偿并解调SBS信号光功率获得温度信息,并分析了应变对温度精度和空间分辨率的影响。