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
暨南大学光子技术研究院广东省光纤传感与通信技术重点实验室，广东 广州 510632
基于光纤中的瑞利、布里渊、拉曼等散射效应以及弱反射阵列的分布式光纤传感（DOFS）能够对光纤损耗、温度、应变、振动、声音等多种参量实现长距离、高空间分辨率的实时监测，受到了越来越多的关注，具有非常广阔的应用。在DOFS中使用编码脉冲序列增加DOFS的信号能量，是提高传感性能的一个重要技术途径。因此，编码技术的应用一直是DOFS研究的一个重要领域。综述了DOFS中编码技术的研究进展，阐述了编码技术提高传感性能的技术原理，归纳了不同编码方案的设计和实现方法，分析了不同类型DOFS的技术特征及其相应的编码技术应用方法。最后，对DOFS中的编码技术的发展进行了展望。
传感器 分布式光纤传感器 编码技术 光纤瑞利传感器 光纤布里渊传感器 光纤拉曼传感器 光纤弱光栅阵列传感器
1 兰州大学土木工程与力学学院西部灾害与环境力学教育部重点实验室, 甘肃 兰州 730000
2 哈尔滨工业大学结构工程灾变与控制教育部重点实验室, 黑龙江 哈尔滨 150090
由于光纤具有高灵敏度、耐腐蚀、抗电磁干扰、绝对测量、体积小和质量轻等优点,分布式光纤传感器被研发并广泛用于长距离、大跨度和超高层结构全尺度应变、温度、位移及压力等参数的长期连续高精度测量。当被测基体为钢结构时,通常采用表面粘贴方式安装光纤传感器。由于光纤与被测基体材质的差异,光纤传感器与基体之间的界面特征明显。在变形测量过程中,分布式光纤传感器与基体粘结界面发生局部剥离的现象较普遍。为确保光纤传感器有效准确地测量结构状态信息,需要研究界面剥离的成因和扩展机理。为此,基于应变传递理论探讨分布式光纤传感器与被测结构之间的界面相互作用及界面剥离对测量的影响,通过实验验证该模型的有效性,建立考虑非均匀约束影响的界面剪应力解析方程,通过测试模型的相关物理参数敏感性分析,给出分布式光纤传感器工程化应用的设计建议。
光纤光学 分布式光纤传感器 被测结构 界面粘结状态 测量准确性
苏州科技大学 土木工程学院, 江苏 苏州 215011
为得到拱桥拱肋在不同受力情况下的应变分布规律, 通过建立有限元模型和采用基于光频域反射(OFDR)的分布式光纤传感技术2种方法研究了不同荷载情况下的拱肋应变分布。结果表明: 在拱肋表面粘贴的基于OFDR的分布式光纤传感器不仅能准确地反映不同荷载情况下拱肋的应变分布规律, 还可以得到拱肋在吊杆损伤前后的应变分布变化, 且能定位吊杆损伤位置。
光频域反射 分布式光纤传感器 拱肋 应变监测 损伤定位 optical frequency domain reflection distributed optical fiber sensor arch rib strain monitoring damage location
1 中北大学 仪器科学与动态测试教育部重点实验室，太原 030051
2 中北大学 电子测试技术重点实验室，太原 030051
针对光纤传感器的现状，简单介绍了分布式以及准分布式光纤传感器的特点、优势及应用领域，在此基础上列举了国内外在单参数与多参数技术要求下的最新研究成果，并对单参数分布式光纤传感器和多参数准分布式光纤传感器在改善光源、光纤结构及解调技术方面的研究进行了对比分析，最后对其未来发展趋势进行了展望。
分布式光纤传感器 准分布式光纤传感器 单参数测量 多参数测量 测试系统 distributed optical fiber sensor quasi distributed optical fiber sensor single parameter measurement multi parameter measurement test system
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of In-fiber Integrated Optics, Ministry of Education, Harbin Engineering University, Harbin 150001, China
2 Photonics Research Center, School of Electronic Engineering and Automation, Guilin University of Electronic Technology, Guilin 541004, China
The distributed optical fiber surface plasmon resonance (SPR) sensors have attracted wide attention in biosensing and chemical sensing applications. However, due to the limitation of their sensing structure, it is difficult to adjust their resonant wavelength and sensitivity. Here, novel and flexible cascaded helical-core fiber (HCF) SPR sensors are proposed theoretically and experimentally for distributed sensing applications. It is shown that the resonant wavelength and sensitivity of the sensors can be conveniently controlled by adjusting the twist pitch of the helical core. A high sensitivity of 11,180 nm/RIU for refractive-index measurement ranging from 1.355 to 1.365 is realized experimentally when the twist pitch of the helical core is 1.5 mm. It is worth noting that the sensitivity can be further improved by reducing the twist pitch. For example, the sensitivity of the sensor with a twist pitch of 1.4 mm can theoretically exceed 20,000 nm/RIU. This work opens up a new way to implement multi-parameter or distributed measurement, especially to establish sensing networks integrated in a single-core fiber or a multi-core fiber.
helical-core fiber surface plasmon resonance distributed optical fiber sensor whispering gallery modes Chinese Optics Letters
2021, 19(9): 091201
1 大连理工大学 工业装备结构分析国家重点实验室, 辽宁 大连 116024
2 中山大学 航空航天学院, 广东 广州 510006
防隔热结构已大量应用在工程中, 其健康状态对结构安全至关重要。为了监测隔热层粘接结构的健康状态, 该文提出了一种基于分布式光纤传感器的防热粘接结构的损伤识别和监测方法。利用有限元法对带损伤试件承受弯曲载荷的过程进行了数值模拟, 通过模拟的应变结果确定含有脱粘、裂纹两种损伤试件的应变趋势, 作为判断结构失效的分类依据。通过对带有脱粘和裂纹缺陷的试件进行实验识别并定位损伤位置, 监测试件的健康状况。研究结果表明, 根据结构受载状态下的应变趋势可以判断试件是否发生脱粘或裂纹损伤, 从而实现对结构的健康状态监测。
分布式光纤传感器 防热结构 应变测量 脱粘识别 裂纹识别 distributed optical fiber sensor heat-insulating structure strain measurement de-bonding detection crack detection
华北电力大学 电气与电子工程学院， 河北 保定 071003
光子晶体光纤具有较强的可设计性，一般通过改变光子晶体光纤包层中空气孔的大小、形状或者排列方式对光纤的传输特性进行调节，以此实现高双折射、高非线性、平坦色散及低限制性损耗等特性。光子晶体光纤的传输特性在不同领域中具有较大的应用价值，如分布式传感、飞秒激光器和气体传感器等。文章首先介绍了光子晶体光纤的结构特征以及与普通单模光纤的区别，在此基础上针对各种典型的光子晶体光纤结构分析了其色散和非线性等传输特性。详细介绍了基于光子晶体光纤的分布式光纤传感、飞秒激光器和气体传感器的传感机理以及达到的传感性能，并与非基于光子晶体光纤的传感器的传感性能进行了比较，验证了基于光子晶体光纤传感器的优异性能。最后对光子晶体光纤的发展及应用进行了总结与展望。
光子晶体光纤 结构优化 分布式光纤传感 飞秒激光器 气体传感器 photonic crystal fiber structure optimization distributed optical fiber sensor femtosecond laser gas sensor
