靳喜博 1,2,3刘琨 1,2,3,*江俊峰 1,2,3王双 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 300072
基于双马赫-曾德尔干涉（DMZI）型分布式光纤振动传感系统与无人机（UAV）视频监测系统，通过卷积神经网络同步对光信号和无人机视频信号进行模式识别，从多维度对多类别扰动事件进行精准检测。与传统的模式识别方法相比，所提方案将两个不同维度上的信号有效结合，实现了不同维度上模式识别方法的优势互补，将识别信号的时间维度加入识别，解决了静态信号识别事件有限、准确率较低的问题。为了验证所提方案的可行性和有效性，对常见的9种传感行为（攀爬、轰砸、剪切、脚踢、重敲击、轻敲击、拉扯、摇晃、无入侵）进行了实验测试和分析。实验结果表明，所提出的多维度模式识别方案可以对9种入侵事件达到99.58%的平均测试准确率，并且平均识别时间为0.16 s，短于系统的采样时间0.3 s，满足实际工程应用的需求。
光纤光学 分布式光纤传感 多维度传感 模式识别 卷积神经网络 薛康 1,2,3刘琨 1,2,3,*江俊峰 1,2,3王双 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 300072
通过将双马赫-曾德尔干涉仪（DMZI）分布式光纤振动传感系统和四旋翼无人机（UAV）监测系统融合，设计了一种基于YOLOv5s模型的多类别光纤振动传感事件精准检测方案。首先，通过地面站QGroundcontrol将DMZI与UAV进行联动控制。其次，将二维振动信号时频谱与无人机捕捉的对应原始图像共同送入YOLOv5s卷积神经网络模型进行识别检测。最后，为验证所提精准检测方案的有效性和可行性，对5种常见的传感模式进行实际应用环境下的实验测试与分析。实验结果表明，所提出的精准定位检测方案对5种传感模式的平均精度均值（mAP）可达96.6%，并且其平均识别检测时间可控制在5 ms内。
传感器 光纤光学 光纤传感 融合传感 事件识别 YOLOv5s
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 300072
提出了一种具有增强灵敏度的锥形光纤二硫化钨（WS2）-金（Au）表面等离子体共振（SPR）传感器。通过传输矩阵方法对传感器进行了理论模拟，评估了传感器的可行性。在锥形光纤上依次涂覆WS2和溅射金膜进行传感实验，该传感器的实验折射率灵敏度可达4 158.171 nm/RIU，比多模光纤SPR传感器提高了125.8%，比锥形光纤Au-WS2 SPR传感器提高了50.1%。此外，该传感器中的WS2不易脱落，表现出良好的可靠性。该传感器结构简单、易于制造，具有高的折射率灵敏度，在生化传感领域具有良好的应用前景。
表面等离子体共振 锥形光纤 灵敏度 二硫化钨 传感器 Surface plasmon resonance Tapered fiber Sensitivity Tungsten disulfide Sensor
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
为了实现复杂环境下力热参量同时检测的需求,提出了一种光纤力热复合多参量传感系统。首先通过可调谐激光器输出窄带激光信号,信号经3 dB耦合器分别进入由多路光纤光栅传感器组成的温度与应变传感单元和标准具。最后,将获取到的温度与应变传感信号及标准具输出的信号共同送入信号处理单元进行解调。为验证设计系统的有效性,进行了一系列的温度和应变实验。实验结果表明,所提多参量传感系统可以在较大的测量范围内进行精确的温度和应变检测。特别地,系统在-252.75~200.94 ℃的温度范围内可以实现温度及应变的准确测量,温度测量误差不超过±0.80 ℃,应变测量误差小于±2.90 με。对比传统的设计方案,所提系统具有结构简单、测量范围大、稳定性好和测量精度高等优势。
中国激光
2021, 48(19): 1906003
周子纯 1,2,3刘琨 1,2,3,*江俊峰 1,2,3徐天华 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 300072
在光纤周界安防系统的应用中,准确区分传感事件的类型进而给出针对性的处理方案是实现智能振动传感的核心技术之一。本文提出一种包含多维度时间信息特征的信号特征提取算法,并结合卷积长短期记忆全连接深度神经网络(CLDNN)对具体振动传感事件进行识别和分类。首先将采集获取到的光纤传感事件信息进行堆叠和截取,得到包含传感事件多维度时间特征信息图片,然后将其输入到CLDNN结构中,最后对敲击、轰砸、摇晃、踢和无入侵5种信号进行识别和分类实验。实验结果证明,所提算法可以有效对5类信号进行识别与分类,平均识别率均达到96%以上,识别响应时间可以控制到0.006 s。
光学学报
2021, 41(13): 1306019
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
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
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院光电信息技术科学教育部重点实验室, 天津 300072
2 天津大学电信学院光纤通信实验室, 天津 300072
提出了一种用于40 Gb/s单信道光纤通信系统中的动态色度色散(CD)补偿技术。采用2×2光开关,色散补偿光纤(DCF)等器件构成可调节色度色散补偿器;提取中心频率为12GHz的窄带电功率信号作为反馈信号控制可调节色度色散补偿器,提取的窄带电功率值随系统中的累积色度色散值的增大而减小。实验证明,整个补偿系统的最长响应时间为0.7 s;补偿范围和补偿精度分别为81.55 ps/nm和5.28 ps/nm,通过增加光开关的数量和缩短每段色散补偿光纤的长度可以进一步提高补偿范围和精度。通过对比补偿前后系统的眼图可以看出：该系统能有效地补偿40 Gb/s光纤通信系统中动态变化的色度色散。
光纤通信 动态色散补偿 色散补偿光纤 电功率检测
1 四川大学激光物理与化学研究所,成都 610064
2 西南技术物理研究所,成都 610041
建立了磷酸盐钕玻璃板条一级振荡二级放大系统。将新型Cr4+:YAG晶体用于激光介质为磷酸盐钕玻璃的振荡级中实现被动调Q激光输出。经过两级放大后得到近衍射极限(M2x=M2y=1.5)的激光输出,能量放大率为10.1。
主振荡－功率放大器 磷酸盐钕玻璃板条介质 YAG调Q晶体
1 四川大学光电科学技术系,成都 610064
2 西南流体物理研究所,成都 610064
3 西南技术物理研究所,成都 610064
报道了用Cr4+:YAG作被动调Q,重复率为100 Hz的激光二极管泵浦的准连续板条Nd:YAG激光器的性能。观察到调Q脉冲的阈值泵浦功率、脉冲宽度、输出功率和调Q效率均与泵浦脉冲的宽度有关。得到37.4 ns(FWHM)的调Q脉冲。
被动调Q 板条激光器
