1 武汉光迅科技股份有限公司，武汉 430205
2 光通信技术和网络全国重点实验室，武汉 430074
3 武汉邮电科学研究院有限公司，武汉 430074
4 中国移动通信有限公司，北京 100033
【目的】针对分布式光纤传感系统单跨传感距离受限问题，文章提出了基于远程泵浦光放大器（ROPA）遥泵技术的相位敏感光时域反射仪（φOTDR）分布式光纤传感系统。
【方法】采用偏振分集接收技术，获取彼此正交的偏振信号以解决偏振失配问题，分频带处理后抑制相干衰落与偏振衰落。应用高阶拉曼泵浦技术与级联遥泵放大技术，3个远程增益单元选取合适的增益介质长度，引入传输链路中适当位置，耦合远程泵浦单元发送的泵浦光与信号光使铒离子得到激励，实现信号光的无中继放大，解决了现有φOTDR单跨距传感距离不足的问题。
【结果】实验结果表明，采用同相正交（IQ）解调算法，压电换能器（PZT）加扰的100 Hz扰动信号可实现线性还原。
【结论】结果表明，文章所提系统可实现176.6 km超长单跨距振动信号传感，打破了现有φOTDR单跨距传感距离记录。前176 km振动曲线平稳且振幅低于0.4 rad，三维（3D）瀑布图中无扰动位置相对平稳，链路末端PZT加扰的扰动信号可准确感知。经快速傅里叶变换（FFT）处理后，100 Hz扰动信号的信噪比为8.9 dB。实验结果对于搭建超长跨距φOTDR传感系统提供了一定参考价值，对φOTDR系统的无中继超长距离传感发展具有一定意义。
分布式光纤传感技术 相位敏感光时域反射仪 远程泵浦光放大器 distributed optical fiber sensor technology φOTDR ROPA 光通信研究
2024, 50(2): 22007601
1 中铁第五勘察设计院集团有限公司,北京02600
2 南京大学 现代工程与应用科学学院,南京1003
3 南京法艾博光电科技有限公司,南京21115
4 德克萨斯州立大学 工学院,圣马科斯78666,美国
提出了一种基于K近邻（K‑nearest neighbors，KNN）算法和相位敏感光时域反射（Phase‑sensitive optical time domain reflectometry，φ‑OTDR）系统的高铁声屏障故障识别方法。设计了V字型光缆敷设方式，能够感知声屏障不同高度吸声板在脉动力冲击下的振动，并利用φ‑OTDR系统采集振动信号。对振动信号进行多域特征提取以及K近邻分类后，可以实现对声屏障故障状态识别。实验结果表明，在复杂场景下对于故障点的识别正确率达到了90.9%。该方法为声屏障故障识别提供了一条可行的技术路线，能够减少对专业人员的依赖，对于提升高铁声屏障智能运维水平具有重要意义。
相位敏感光时域反射 声屏障 多域特征提取 K近邻 phase‑sensitive optical time domain reflectometry（φ‑OTDR） noise barrier multi‑domain feature extraction K‑nearest neighbors （KNN）
中国矿业大学（北京）地球科学与测绘工程学院，北京 100083
基于分布式光纤传感技术在周界安防领域广阔的应用前景，对振动信号在单模光纤上的调制机理和解调原理进行了详细的推导和分析，构建了一套基于相位敏感光时域反射计的分布式声波传感器（DAS）系统，设计了完整的压电陶瓷振动信号检测实验和语音与脚步信号检测实验，通过移动差分求和与正交解调算法实现振动信号的强度解调和相位解调。在语音检测实验中采用铁质半封闭空心圆柱体提高了光纤对声波的灵敏度，对原始语音和复现语音做了平均主观意见值调研来验证语音信号的质量，在时域和频域对DAS系统采集的脚步信号进行了分析和解释，同时将单个脚步信号的相关特征进行提取说明。实验证明，本系统能在传输距离为2 km时实现复杂的语音和脚步信号检测，空间分辨率可达2.2 m，能较好地用于周界安防中的语音与脚步监测。
分布式光纤传感 φ-OTDR 正交解调 平均主观意见值 周界安防 激光与光电子学进展
2023, 60(23): 2306004
为了满足复杂的工程现场环境对相敏光时域反射仪（φ-OTDR）的各项性能指标的需求，提出基于自适应卡尔曼滤波(AKF)和频分复用(FDM)的高性能φ-OTDR，利用FDM提升系统的频响带宽，引入AKF对线性响应于外界振动的相位状态的噪声统计特性进行实时估计和修正，抑制了衰落和串扰导致的相位失真。实验结果表明，改进后φ-OTDR系统的传感线性度被有效提升，系统本底噪声降低到-83.7 dB2/Hz，应变分辨率达到了0.28 pε/Hz1/2。
分布式光纤声波传感技术 自适应卡尔曼滤波 频分复用 频响带宽 distributed fiber acoustic sensing φ-OTDR φ-OTDR adaptive Kalman filter frequency division multiplexing frequency response bandwidth
1 华北电力大学电气与电子工程学院，河北 保定 071003
2 华北电力大学河北省电力物联网技术重点实验室，河北 保定 071003
3 华北电力大学保定市光纤传感与光通信技术重点实验室，河北 保定 071003
为了获得相关因素对基于相干探测相敏光时域反射计（φ-OTDR）的分布式声波传感（DAS）系统测量准确性的影响规律，根据光纤中后向瑞利散射理论建立相干探测φ-OTDR仿真模型。基于该模型生成不同测量参数下的后向瑞利散射信号，采用IQ解调算法确定了振动位置、还原了振动信号，计算了振动检测信噪比和失真度。结果表明：采样率可以小于声光调制器（AOM）频率的2倍；宽范围内随着采样率的提高，振动检测信噪比与失真度不是严格单调增加或降低；模数转换器（ADC）量化位数在8~16位范围内变化时对系统解调结果的影响不大；随着入射光脉冲宽度减小、振动点与入射端距离增加，振动检测信噪比分别呈双指数、线性规律下降，失真度分别呈双指数、幂函数规律增加；随着掺铒光纤放大器（EDFA）放大倍数提高，振动检测信噪比呈幂函数规律提升，失真度在高、低噪声时分别呈幂函数、双指数规律下降。
传感器 分布式声波传感器 φ-OTDR IQ解调 振动检测 影响因素 光学学报
2023, 43(14): 1428001
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院，天津 300000
2 光电信息技术教育部重点实验室，天津 300000
3 天津市光纤传感工程中心，天津 300000
4 天津求实飞博科技有限公司，天津 300000
为解决分布式光纤振动传感系统的定位准确性弱、灵敏度低及响应速率慢等问题，提出了一种基于相位敏感光时域反射的动态方差阈值算法。该算法将经过带通滤波预处理后的信号进行方差处理、高斯模糊、阈值寻峰以及重心精确，解决了长距离DVS检测由于背向瑞利散射信号的衰减以及运算量大造成的响应时间长的问题。并且采用并行编程技术将运算速度提高了184%，从而快速准确地确定扰动发生位置。实验研究了39 km长度的光纤上人为扰动和噪声的区别，并通过动态方差阈值算法消除了噪声的影响并确定了扰动位置。该系统响应时间为1 s，空间分辨率为20 m，定位误差低于0.1%。
