1 之江实验室光纤传感研究中心，浙江 杭州 310027
2 浙江大学海洋学院，浙江 舟山 316021
3 电子科技大学信息与通信工程学院，四川 成都 611731
报道了一种高性能大孔径分布式光纤水听拖曳阵列，其总长度为150 m，声学传感段长度为100 m，具有192个传感单元，采用单根光纤离散增敏制备而成，无需其他分离器件。传感基元通过驻波桶标定，在20~1000 Hz，平均声压灵敏度达到-127.44 dB（re rad/μPa）。阵列同时装配了自研的姿态感知模块，可实现拖曳过程的实时姿态获取。针对所研制的大规模分布式光纤水听拖曳阵列，开展了湖试综合测试，6 kn拖速下阵列声学段的倾角仅为7.8°，将192个传感单元数据波束合成后得到了16.87 dB的空间增益，传感器表现出了优异的综合性能。该高性能大规模分布式光纤水听拖曳阵列为光纤水听器发展提供了一条全新的技术路线，有力推动了基于DAS的“第三代声呐技术”的发展。
光纤光学 光纤水听器 光纤水听拖曳阵列 分布式光纤声波传感 声压灵敏度 姿态感知 目标轨迹跟踪
1 电子科技大学光纤传感与通信教育部重点实验室，四川 成都 611731
2 光纤传感研究中心之江实验室，浙江 杭州 310000
简要回顾了从基于传统机器学习的普通感知型分布式光纤声波传感器（DAS）到基于深度学习的全智能化DAS的转变历程，深入分析了基于多维信息提取的DAS监督学习及半监督、无监督和跨场景迁移等深度学习方法的研究现状，概括了不同识别模型的构建思路、特点，及其识别性能、处理时间等评价指标，也论述了DAS从单源检测到多源混叠检测、从单任务到多任务处理等智能感知能力提升面临的新挑战，最后对全智能化DAS的信号处理发展方向及新趋势进行了展望。
光纤物联网 相敏光时域反射 分布式光纤声波传感器 智能感知 信号处理
1 电子科技大学资源与环境学院，四川 成都 611631
2 中油奥博（成都）科技有限公司，四川 成都 611631
3 中国石油集团东方物探公司，河北 涿州072750
4 上海石油天然气有限公司，上海 200040
本文研究了分布式声波传感垂直地震剖面（DAS-VSP）法纵波及转换波智能处理与成像方法，讨论了DAS-VSP形态成分分析法数据去噪技术、DAS-VSP多波智能分离方法和流程，以及基于深度学习的DAS-VSP数据规则化方法。创新性地提出了一种基于最小旅行时的多波VSP成像方法，通过旅行时表控制反射路径附近聚焦成像，比传统地震偏移方法的划弧减少，成像过程中计算覆盖次数，解决了覆盖不均匀成像振幅问题。通过海上斜井DAS-VSP实际数据处理，同时获得DAS-VSP上行纵波和上行转换横波成像剖面，结果显示，DAS-VSP不仅含有反射纵波信息，同时存在较强的转换横波，通过针对性处理后，能够实现DAS-VSP纵波及转换波成像，说明斜井DAS-VSP具备多波成像条件，可获得较高信噪比的纵波及转换波成像数据，多波数据更有利于油气预测和识别，智能处理及多波成像方法为DAS-VSP法用于油气勘探开发提供了新的技术手段。
垂直地震剖面法 分布式声波传感 人工智能 形态成分分析法 波场分离 数据规则化 多模板快速推进算法 转换横波 成像
电子科技大学信息与通信工程学院光纤传感与通信教育部重点实验室，四川 成都 611731
提出一种基于多频优化分集（MFOD）算法的相位解调技术，搭建了环移多频相干光时域反射（MF-COTDR）系统，实验探究了MFOD算法对信号解调性能的提升效果。结果表明，MFOD算法不仅能够较好地还原相位信息，相较于传统的相位解调算法有超过9 dB的平均信噪比（SNR）提升，实现了33.3 pε/Hz1/2的最小应变分辨率。此外，通过实验验证了基于MFOD算法的MF-COTDR系统对不同频率振动信号的响应性能，实验结果说明该系统具有良好的线性响应能力。
光纤光学 分布式光纤传感 相位敏感光时域反射仪 相位解调
1 电子科技大学光纤传感与通信教育部重点实验室，四川 成都 611731
2 之江实验室光纤传感研究中心，浙江 杭州 311121
光脉冲编码（OPC）近年来在光纤声波传感领域备受关注，特别是将其与相位敏感光时域反射仪（Φ-OTDR）相结合的技术。通过对注入光纤中的探测脉冲进行编码，可在不增加脉冲峰值功率的情况下大幅提高传感信号的信噪比，同时避免了非线性效应的影响；在接收端解码后可获得单脉冲响应，系统空间分辨率由单个脉冲而不是整个探测脉冲序列的长度决定，从而在获得高信噪比传感信号的同时保持了空间分辨率。本文首先回顾了OPC在光纤声波传感领域中的发展历程；然后，重点介绍了本课题组基于OPC的分布式和准分布式声波传感研究进展，特别是在传感带宽提升方面的成效；最后，对基于OPC的光纤声波传感技术未来发展方向进行了探讨。
光纤传感 光脉冲编码 分布式声波传感 相位敏感光时域反射仪
1 之江实验室光纤传感研究中心，浙江 杭州 311100
2 电子科技大学光纤传感与通信教育部重点实验室，四川 成都 611731
3 浙江大学光电科学与工程学院，浙江 杭州 311100
拉曼分布式光纤温度传感（RDTS）系统因其长期稳定性成为最早商业化的光纤传感产品之一，尤其在油气勘探传感的巨大市场中占据半壁江山。数十年来其技术发展日新月异，本文简述了RDTS的基本原理，着重分析了近年来领域内优化和提升RDTS的方法，分别从系统结构、部件优化、解调方式和智能信号处理等方面系统性地总结了最新研究进展，并通过走访调研了RDTS的全球市场概况及其在各工程领域的典型应用，旨在为分布式温度传感技术的同仁提供有益的参考。
光纤传感 拉曼分布式温度传感 空间分辨率 信噪比 市场调研
Author Affiliations
Abstract
1 Research Center for Optical Fiber Sensing, Zhejiang Laboratory, Hangzhou 311100, China
2 Research Center for Intelligent Optoelectronic Computing, Zhejiang Laboratory, Hangzhou 311100, China
3 International Research Center for Advanced Photonics, College of Optical Science and Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China
4 Fiber Optics Research Center (FORC), Key Laboratory of Optical Fiber Sensing and Communications, University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu 611731, China
We experimentally demonstrate ultra-high extinction ratio (ER) optical pulse modulation with an electro-optical modulator (EOM) on thin film lithium niobate (TFLN) and its application for fiber optic distributed acoustic sensing (DAS). An interface carrier effect leading to a relaxation-tail response of TFLN EOM is discovered, which can be well addressed by a small compensation component following the main driving signal. An ultra-high ER > 50 dB is achieved by canceling out the tailed response during pulse modulation using the EOM based on a cascaded Mach–Zehnder interferometer (MZI) structure. The modulated optical pulses are then utilized as a probe light for a DAS system, showing a sensitivity up to (7 pε/√Hz) for 2-km single-mode sensing fiber. Spatial crosstalk suppression of 24.9 dB along the fiber is also obtained when the ER is improved from 20 dB to 50 dB, clearly revealing its importance to the sensing performance.
Photonics Research
2024, 12(1): 40
Author Affiliations
Abstract
School of Information and Communication Engineering, University of Electronic Science and Technology of China
Fiber-optic distributed vibration/acoustic sensing (DVS/DAS) technology achieves breakthrough performance and explores broad cornerstone industrial applications.
Opto-Electronic Advances
2023, 6(7): 230063
