Author Affiliations
Abstract
1 National Engineering Laboratory for Fiber Optic Sensor Technology, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, China
2 School of Information Engineering, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, China
3 Wuhan WUTOS Co., Ltd., Wuhan 430223, China
4 Wuhan FLOES Co., Ltd., Wuhan 430223, China
5 China Electric Power Research Institute, Beijing 100192, China
6 School of Safety Science and Emergency Management, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, China
A distributed online fiber sensing system based on the phase-sensitive optical time domain reflectometer (Φ-OTDR) enhanced by the drawing tower fiber Bragg grating (FBG) array is presented and investigated experimentally for monitoring the galloping of overhead transmission lines. The chirped FBG array enhanced Φ-OTDR sensing system can be used to measure the galloping behavior of the overhead transmission lines (optical phase conductor or optical power ground wire), which are helpful for monitoring the frequency response characteristics of the ice-induced galloping, evaluating the motion tendencies of these cables, and avoiding the risk of flashover during galloping. The feasibility of the proposed online monitoring system is demonstrated through a series of experiments at the Special Optical Fiber Cable Laboratory of State Grid Corporation of China (Beijing, China). Results show that the proposed system is effective and reliable for the monitoring of galloping shape and characteristic frequency, which can predict the trend of destructive vibration behavior and avoid the occurrence of cable breaking and tower toppling accidents, and these features are essential for the safety operation in smart grids.
Distributed vibration sensing FBG array galloping monitoring overhead transmission lines Photonic Sensors
2022, 12(3): 220310
武汉理工大学光纤传感技术国家工程实验室，湖北 武汉 430070
混凝土桥梁受温度和荷载作用的影响容易引起裂缝，危害桥梁安全，而传统的应变测量方法难以在实际工程中大规模应用。弱光纤布拉格光栅（wFBG）阵列应变测量技术具有组网便利、精度高、测点多、可靠性强、抗干扰能力强、耐腐蚀、测量范围广且可长距离测量等优点，能广泛应用于大型土木工程应变测量领域。首先，通过wFBG应变-波长标定实验确定应变与波长的关系，构建高精度大容量解调系统。然后，通过T型梁加载卸载过程中的应变测量实验，验证了wFBG阵列测量应变的可行性和优越性。最后，用4118个wFBG组成的阵列在杭州下沙大桥上实现了桥梁应变监测。
光纤光学 光纤布拉格光栅 应变 桥梁监测 光纤传感 激光与光电子学进展
2022, 59(7): 0706003
1 武汉理工大学光纤传感技术国家工程实验室，湖北 武汉 430070
2 武汉理工大学材料科学与工程学院，湖北 武汉 430070
传统石英光纤的涂覆层一般是聚合物，在高温下极易发生降解，这种特性是光纤在高温环境下难以被应用的主要原因。金属材料比聚合物具有更好的耐高温特性，可以有效地保护光纤表面免受侵蚀，是耐高温光纤涂覆层材料的研究热点。本文分析和对比了五种主要的光纤表面金属化涂覆方法（真空蒸镀、溅射、电镀、化学镀、熔融涂覆）。结果表明，金属化光纤适宜在极端环境中进行信息的传输和传感，因为化学镀较为经济环保，已成为目前光纤小范围金属化的主要方法；熔融涂覆技术利用拉丝塔在线制备耐高温光纤，是金属化工业生产的主流选择。
光纤光学 光纤 金属涂层 涂覆方法 激光与光电子学进展
2022, 59(5): 0500002
1 海军工程大学 兵器工程学院， 武汉430033
2 海军工程大学 电子工程学院，武汉430033
3 武汉理工大学 信息工程学院， 武汉400
提出一种细尺寸、大孔径、高增益的弱反射光纤光栅水听器拖曳线列阵。根据匹配干涉方法选用反射率一致、中心波长相同以及3 dB带宽较宽的弱反射光纤光栅阵列；根据水声传感原理确定弱反射光纤光栅阵列的栅距以应用于5~10 Hz甚低频水声信号探测。采用光纤涂覆机对弱反射光纤光栅阵列二次涂覆，阵列中心波长整体一致漂移，栅距基本不变。采用扎纱机和护套机在二次涂覆弱反射光纤光栅阵列外铺设凯夫拉纤维和聚氨酯保护套形成水听器拖曳线列阵。测试拖曳线列阵水听器单元的声压-相位灵敏度在1 rad/μPa条件下分别为-136.97 dB@ 5 Hz、-139.64 dB@7.5 Hz、-139.36 dB@10 Hz；分析流噪声引起的水听器自噪声功率谱，拖速为8 m/s、频段为1~100 Hz的谱值在45~95 dB （1 μPa2/Hz）范围内。实验和分析结果表明，所提出的弱反射光纤光栅水听器拖曳线列阵甚低频段灵敏度高、流噪声低，有望增强无人航行器的甚低频水声信号探测功能。
光纤布拉格光栅 弱反射 水听器 拖曳线列阵 Fiber Bragg grating Weak reflection Hydrophone Towed line array 
Author Affiliations
Abstract
1 National Engineering Laboratory for Fiber Optic Sensing Technology, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, China
2 School of Information Engineering, Wuhan University of Technology, Wuhan 430065, China
3 Department of Mechanical and Electrical Engineering, College of Post and Telecommunication, Wuhan Institute of Technology, Wuhan 430073, China
4 Department of Electrical and Computer Engineering, University of Toronto, Toronto, ON M5S 3G4, Canada
We propose a novel modified frequency-shifted interferometer, where a Mach–Zehnder interferometer is added in order to obtain wavelength information. We use the Hilbert transform to extract the wavelength information from the phase of the interference pattern and construct the relationship between phase and wavelength. The laser wavelength measurement experiment is used to verify the compound interferometer. Experimental results demonstrated that our method could obtain the wavelength from the phase, which is of great significance for demodulation of the fiber Bragg grating based on a frequency-shifted interferometer.
modified frequency-shifted interferometry phase difference Hilbert transform Chinese Optics Letters
2020, 18(10): 101203
1 武汉理工大学光纤传感技术国家工程实验室, 湖北 武汉 430070
2 武汉理工大学信息工程学院, 湖北 武汉 430070
3 武汉理工大学机电工程学院, 湖北 武汉 430070
4 海军工程大学兵器工程学院, 湖北 武汉 430032
根据Fizeau干涉型光纤水听器的相位变化量公式,计算声压场条件下随声压变化的水听器总相位变化量。通过仿真,定量分析了水听器水平与垂直姿态及深度因素对各个频率下的声压灵敏度的影响。利用振动液柱法进行光纤水听器的实验环境测试。结果表明,姿态与深度因素均会对最终测量结果造成较大影响,在40~2000 Hz频带内,与水平姿态时相比,水听器在垂直姿态时将有0.9 dB~18.2 dB的灵敏度差异,深度读取误差造成的灵敏度误差在4 dB内。由于垂直姿态下水听器各部分所感受的声压场不同,因而测量结果与水平姿态结果存在差异,在声压场测试环境中,水平校准结果比垂直校准结果更精确,且测量深度越深,校准结果越稳定。
光纤光学 光纤传感器 水下声波 灵敏度分析 水听器 干涉仪 光学学报
2020, 40(15): 1506003
1 武汉理工大学光纤传感技术国家工程实验室, 湖北 武汉 430070
2 武汉理工大学机电工程学院, 湖北 武汉 430070
针对目前光子晶体光纤传感器存在对模间干涉敏感、难以封装等问题,搭建了一种基于光载微波干涉的光子晶体光纤传感系统。系统干涉发生在光载波的微波包络之间,光不发生干涉,光波的偏振衰落、色散、模间干涉等对系统的信号质量影响很小,因此不需要对系统中光子晶体光纤进行特殊处理,且该系统对加工精度要求较低。分别对系统进行了应变与高温传感实验。应变实验结果表明:微波域干涉条纹可见度为20 dB,8 GHz处应变测量灵敏度为6.3 kHz/με,微应变测量分辨率可达1.59 με。温度实验结果表明:系统在室温到800 ℃温度范围内的温度测量灵敏度为76.04 kHz/℃,理论上温度测量分辨率可达0.13 ℃,通过多组长度探头的温度实验证明系统具有良好的温度灵敏度与稳定性。
光纤光学 光纤传感器 干涉测量法 微波光子学 光子晶体光纤 激光与光电子学进展
2020, 57(5): 050602
