天津大学精密仪器与光电子工程学院，光电信息技术教育部重点实验室， 天津市光纤传感工程中心，天津 300072
提出一种基于光频域反射（OFDR）差分相位解调的拉锥光纤分布式折射率传感方法。首先，理论分析了差分相位解调方法的原理并仿真计算了相位随外界折射率变化的灵敏度特性。实验中利用平均去噪与小波平滑实现了340 μm传感空间分辨率的分布式折射率传感解调，其中有效传感区域的长度为45 mm，相位与外界折射率变化的线性拟合度为0.997，各折射率下的最大标准差为0.0067 rad，灵敏度为1328.6 rad/RIU，接近仿真结果1483.7 rad/RIU。与互相关解调方法相比，差分相位解调方法的线性拟合度与标准差均较优，且传感空间分辨率提升了10倍。这种基于差分相位的解调方式为实现微米级分布式生物传感提供了思路。
光纤光学 分布式光纤传感 折射率传感 光频域反射技术 差分相位解调 拉锥光纤
天津大学精密仪器与光电子工程学院，光电信息技术教育部重点实验室，天津市光纤传感工程中心，天津 300072
现有光纤生化传感器只获取单点生化物质含量，难以得到其空间分布信息，而沿光纤轴向连续分布成百上千只传感器的分布式生化传感方式可实现这一目标。从准分布式光纤生化传感入手，全面综述了分布式光纤生化传感在气体传感、折射率传感以及生物化学传感方面应用的最新进展。最后对分布式光纤生化传感器的发展前景与当前挑战进行了展望。分布式光纤生化传感研究有望引领当前单点分立式光纤生化传感研究向多点连续分布式方向发展，有望成为化学、生物、医学等领域强有力的新工具。
传感器 分布式光纤传感 准分布式光纤传感 气体传感 折射率传感 生化传感
夏菁 1,2,3江俊峰 1,2,3,*王双 1,2,3丁振扬 1,2,3[ ... ]刘铁根 1,2,3
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院，天津 300072
2 天津大学光电信息技术教育部重点实验室，天津 300072
3 天津大学光纤传感研究所天津市光纤传感工程中心，天津 300072
研究了基于光纤缠绕薄壁圆筒的声增敏方法，基于33耦合器建立了声压灵敏度标定实验系统，实验探讨了薄壁圆筒的方向特性，实验研究了半径、壁厚尺寸参数对光纤声增敏的影响，实现的声压灵敏度达到1.338 rad/Pa（-117.47 dB re rad/μPa）。光纤缠绕薄壁圆筒接入所搭建的准分布式声传感系统进行实验，在20.06 km传感距离上，恢复的1 kHz正弦波形与施加波形误差不超过4.1%，比未增敏光纤环传感信噪比提高了21.03 dB，显示了薄壁圆筒声增敏的传感效果。该研究结果为高灵敏度的准分布式声传感的进一步发展提供了实验基础。
光纤光学与光通信 光纤传感器 分布式声传感 光纤光学 薄壁圆筒 相位 激光与光电子学进展
2023, 60(7): 0706003
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院光电信息技术教育部重点实验室,天津大学光纤传感研究所天津市光纤传感工程中心, 天津 300072
2 太原理工大学物理与光电工程学院新型传感器与智能控制教育部与山西省重点实验室, 山西 太原 030024
3 山东航天电子技术研究所, 山东 烟台 264000
提出一种基于线性调频(LFM)脉冲边带调制的光纤分布式传感动态应变范围扩展方法,基于调频带宽与相干时域信号包络平移量之间的反比特性, 通过在单脉冲内产生具备不同调频带宽的多调制边带进行传感,对各边带的相干时域信号进行数字带通滤波和分解,以实现对不同动态应变范围事件的同时测量。实验中分别使用调频带宽为40 MHz和200 MHz的LFM信号对边带进行调制,结果表明系统可以同时测量最大幅值为7 nε和350 nε的正弦动态应变事件,这为光纤分布式声传感系统提供一种动态范围拓展方案。
光学学报
2021, 41(13): 1306008
天津大学精密仪器与光电子工程学院, 光电信息技术教育部重点实验室, 天津市光纤传感工程中心, 天津 300072
导管光纤偏振敏感光学相干层析成像(PS-OCT)系统在心血管斑块定量分析上具有显著优势,搭建了基于保偏光纤成像深度复用的双偏振态导管PS-OCT系统。由于保偏光纤具有较强的双折射色散,因此难以利用一套色散系数实现双输入态色散补偿。针对这一难点问题,提出了一种用于导管PS-OCT系统的双态数值色散补偿方法。这种方法可对不同输入偏振态的色散系数进行调整,以补偿由保偏光纤双折射色散引起的不同输入偏振态色散的差异。实验结果表明,所提方法可以有效地解决材料色散、双折射色散带来的脉冲展宽、图像模糊、偏振对比度差等问题,保证了导管PS-OCT实现高质量的生物样品双折射相位延迟成像。
医用光学 相干成像 光学相干层析成像 导管光学相干层析成像 偏振敏感光学相干层析成像 色散补偿
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院, 光电信息技术教育部重点实验室, 天津市光纤传感工程中心, 天津 300072
2 深圳市计量质量研究院, 广东 深圳 518055
3 杭州市第一人民医院, 浙江 杭州 310006
4 深圳市医疗器械检测中心, 广东 深圳 518055
5 南京沃福曼医疗科技有限公司, 江苏 南京 210041
冠状动脉支架置入已经成为冠状动脉粥样硬化性心脏病的重要治疗手段。药物洗脱冠状动脉支架断裂(CSF)的识别与检测是目前的难点问题。血管内光学相干层析成像(IVOCT)系统以其极高的成像分辨率在CSF识别与检测方面具有独特优势。本文提出了一种在IVOCT中对冠状动脉支架精准重建的方法。该方法利用金属支架具有成像阴影这一特征,在血管边界分割后,将支架及其一定深度阴影的强度值进行累加生成一维数组,然后将一维数组按照回撤次序排列形成支架展开图像。与三维成像、纵切图像等支架重建方法相比,所提方法不仅可以保持支架的整体结构,而且避免了对操作人员空间想象力的要求。本文利用所提重建方法定量识别和分析了CSF,该方法可针对不同的支架结构选择不同的IVOCT成像参数。
医用光学 相干成像 光学相干层析成像 血管内光学相干层析成像 支架重建
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院, 光电信息技术教育部重点实验室, 天津市光纤传感工程中心, 天津300072
2 天地伟业技术有限公司, 天津 300392
目前随着公共安全领域非法入侵事件的数量急剧增加,迫切需要新型传感技术来侦测非法入侵事件。针对精确定位、准确识别、多参量融合等瓶颈问题,天津大学、天地伟业技术有限公司等研究机构提出了光电信息事件识别感知关键技术,其紧密融合了视频监控和分布式光纤传感两种技术的优势,通过光时域与光频域分布式扰动定位技术、干涉信号模式识别技术、超星光图像识别技术、视频捕捉分析识别技术、多参量感知融合技术、主动式偏振跟踪感知技术等,实现了重点区域内异常事件的全天候、全覆盖监控识别。重点介绍了光电信息事件识别感知的关键技术研究进展。
光纤光学 分布式光纤传感 视频监控 事件识别 多参量感知
Wenjie Chen 1,2,3,4Junfeng Jiang 1,2,3,*Kun Liu 1,2,3Shuang Wang 1,2,3[ ... ]Tiegen Liu 1,2,3
Author Affiliations
Abstract
1 School of Precision Instrument and Opto-electronics Engineering, Tianjin University, Tianjin 300072, China
2 Key Laboratory of Opto-electronics Information Technology (Tianjin University), Ministry of Education, Tianjin 300072, China
3 Tianjin Optical Fiber Sensing Engineering Center, Institute of Optical Fiber Sensing of Tianjin University, Tianjin 300072, China
4 Science and Technology on Communication Networks Laboratory, Shijiazhuang 050002, China
A differential phase extracting method based on self-copy-shift for distributed acoustic sensing is proposed. Heterodyne and optical hybrids are used to realize high signal-to-noise ratio in-phase and quadrature-phase (IQ) signal measurement. The measured signals are self-copied and shifted for certain data points, and then they are digitally mixed with the original signals to construct the differential phase. The four produced signals are then combined to carry out IQ demodulation. An experiment with strain having an amplitude modulation waveform is carried out. The results showed that waveform information can be recovered well, and the signal-to-noise ratio achieves 32.8 dB.
optical fiber sensing phase extraction coherent OTDR distributed sensing Chinese Optics Letters
2020, 18(8): 081201
天津大学精密仪器与光电子工程学院光纤传感研究所光电信息技术教育部重点实验室, 天津 300072
研究了面向海洋应用的光纤法布里-珀罗高压传感器，通过建立有限元数值模型对传感器满量程腔长变化量进行分析。数值仿真显示，有限元模型的满量程腔长变化量处于固支模型和简支模型之间，且随着法布里-珀罗腔半径的减小和硅膜片厚度的增加而偏离固支模型。引入固支边界条件偏离度β对偏离程度进行量化分析。制作了三种不同规格的传感器进行压力实验研究。实验结果显示，实际测量得到的传感器芯片满量程腔长变化量与有限元数值计算的结果基本吻合，使用该有限元模型设计传感器芯片可将满量程腔长变化量误差降低到13.4%以下。传感器最大量程达到105 MPa，满量程测量精度均优于0.100%。
光纤光学 光纤传感器 高压传感器 有限元仿真 法布里-珀罗腔 海洋应用
