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 南京大学智能光感知与调控技术教育部重点实验室，江苏 南京 210023
2 华中科技大学光学与电子信息学院，湖北 武汉 430074
3 北京交通大学信息科学研究所，北京 100044
4 之江实验室光纤传感研究中心，浙江 杭州 311100
5 重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室，重庆 400044
6 天津大学精密仪器与光电子工程学院，天津 300072
7 中国电力科学研究院有限公司，北京 100192
8 中国煤炭地质总局勘查研究总院，北京 100039
9 中油奥博（成都）科技有限公司，四川 成都 611731
10 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所光子器件与材料安徽省重点实验室，安徽 合肥 230031
11 齐鲁工业大学（山东省科学院），山东省科学院激光研究所，山东 济南 250104
12 厦门大学航空航天学院，福建 厦门 361005
13 上海交通大学电子信息与电气工程学院，区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室，上海 200240
14 北京理工大学光电学院，信息光子技术工信部重点实验室，北京 100081
15 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
16 兰州大学土木工程与力学学院，甘肃 兰州 730000
我国大型基础设施的建设规模已多年位居世界之首，分布式光纤传感技术（DOFS）作为大型基础设施健康状态实时监测最有潜力的技术，近年来得到了迅速发展。针对DOFS在技术和应用的突破上面临的挑战，在介绍DOFS各技术基本工作原理、发展历史、现状以及典型应用原理和方案等的基础上，对其工作新机理、系统设计方案、研究发展方向等进行了阐述和讨论。
光纤光学 分布式光纤传感技术 光时域反射仪 光频域反射仪 干涉型分布式光纤传感
西安科技大学通信与信息工程学院，陕西 西安 710054
提出一种可测量外腔式Fabry-Perot传感器所加载的静态/动态复合信号的腔长自补偿改进对称解调技术。在对称解调技术的基础上，通过其输出信号的直流量判断传感器腔长的变化，从而划分腔长稳定段与突变段，分段并重新进行信号解调，以保证动态分量的解调精度；同时利用腔长变化前后计算出的干涉信号相位差对腔长的变化量进行补偿，以提高静态分量的测量精度。实验证明该解调技术能够实现对静态/动态复合信号的测量。实验中实现了幅度超过100 μm复合信号的解调，大幅度腔长变化量的测量误差约为2%。该解调技术能够解调不同腔长传感器上加载的包含高频分量的静态/动态复合信号。
光纤光学 光纤传感技术 激光干涉测量 相位解调 外腔式Fabry-Perot干涉仪 光学学报
2023, 43(23): 2306002
1 武汉科技大学 理学院, 湖北 武汉 430081
2 中国一冶集团有限公司, 湖北 武汉 430081
以指接榫和燕尾榫结构为例, 利用压电主动传感技术对榫卯结构进行健康工况和损伤工况的损伤识别实验研究。其中,指接榫考虑水平和垂直连接的榫头松动和缺损工况, 燕尾榫考虑实验机加载破坏工况。对压电传感器所接收到的信号进行小波包分解, 并以各频段信号能量总和作为损伤指标对损伤程度进行定量评估。实验结果表明, 指接榫结构所接收的信号能量随损伤程度的不断增加而减小; 加载过程中,燕尾榫结构的榫头间先挤压紧密再出现榫头破坏, 所接收到的信号能量出现先增大后减小的情况。因此, 利用压电主动传感技术可实现对榫卯结构的损伤识别。可为相关专业的研究生及工程技术人员基于压电传感技术进行无损检测提供实验方法。
榫卯结构 压电主动传感技术 损伤识别 结构健康监测 小波包能量 mortise-tenon joints piezoelectric active sensing technology damage detection structural health monitoring wavelet packet energy
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 桂林电子科技大学电子工程与自动化学院光子学研究中心, 广西 桂林 541004
2 长飞光纤光缆股份有限公司光纤光缆制备技术国家重点实验室, 湖北 武汉430074
3 武汉理工光科有限股份公司, 湖北 武汉 430000
4 北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院, 北京 100191
5 国防科技大学气象海洋学院, 湖南 长沙 410000
6 哈尔滨工业大学可调谐激光技术国家级重点实验室, 黑龙江 哈尔滨 150001
7 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光纤光学研究中心, 四川 成都 611731
8 上海交通大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室, 上海 200240
9 香港理工大学电机工程系, 香港 999077
10 山东省光纤传感技术重点实验室, 齐鲁工业大学(山东省科学院)山东省科学院激光研究所, 山东 济南 250103
11 北京知觉科技有限公司, 北京 100085
12 燕山大学信息科学与工程学院, 河北省特种光纤与光纤传感重点实验室, 河北 秦皇岛 066004
四十多年来,我国光纤传感技术在经济发展和市场需求的牵引下快速成长。针对我国光纤传感若干典型的细分技术领域,概括性地给出了各个细分技术的发展历程、技术现状及面临的主要问题,使读者能更好地理解我国光纤传感技术发展的样貌,把握我国光纤传感技术市场需求呈指数型增长的发展趋势。
南京师范大学物理科学与技术学院,江苏省光电技术重点实验室,江苏 南京 210023
研究了一种新的基于激光器结电压测量的自混合干涉传感技术,通过测量激光二极管结电压的变化来获得激光自混合干涉信号。传统的自混合干涉技术通常通过测量外置或内置光电探测器的光电流来获得激光自混合干涉信号。本文通过测量垂直腔面发射激光器的PN结电压来获得激光自混合干涉信号,简化了自混合干涉系统的结构并提高了系统的可靠性。本文还评估了该系统的信噪比,比较了激光二极管的结电压信号与内置光电探测器的光电流信号,结果发现两者一致。
测量 自混合干涉 垂直腔面发射激光器 结电压 传感技术 激光与光电子学进展
2020, 57(23): 231203
1 国网内蒙古东部电力有限公司呼伦贝尔供电公司, 内蒙古 呼伦贝尔 021000
2 武汉康普常青软件技术股份有限公司, 湖北 武汉 430074
为实现输电线路单相断线故障的快速精准定位, 缩短供电恢复时间, 提出了一种基于OPGW光传感技术的光偏振态故障定位方法。根据法拉第磁光效应的原理, 以光纤复合架空地线(OPGW)为传感器, 通过自制设备捕获和分析输电线路相导线对 OPGW产生的感应电流在单相断线瞬间的突变信号, 实现对故障点的定位。在实验环境下进行模拟实验对其验证, 结果表明: 在给定的电流范围内, 设备获取的信号强度与导线通电电流大小呈正相关, 设备能有效捕捉线路断电瞬间的突变信号, 实现 故障点定位, 定位结果误差在±250 m内, 满足工程设计的要求。
单相断线故障 光传感技术 法拉第磁光效应 突变信号 故障定位 single-phase disconnection fault optical sensing faraday magneto-optical effect mutation signal fault location
1 青岛理工大学土木工程学院, 山东 青岛 266033
2 山东省高等学校蓝色经济区工程建设与安全协同创新中心, 山东 青岛 266033
为探究光纤光栅(FBG)传感技术在预应力高强度混凝土管桩(PHC管桩)静压贯入特性现场测试中的适用性及实施温度补偿的必要性,对2根闭口PHC管桩进行了现场静压沉桩试验。将FBG温度传感器、低温敏FBG应变传感器采用刻槽法对称安装于PHC管桩的桩身两侧,通过光纤光栅解调仪对静压过程中的温度变化及桩身应变状态进行监测。试验结果表明,在沉桩过程中桩周土体温度变化高达2.62 ℃,需采取温度补偿措施,以确保FBG应变传感器测试结果的准确性;试验中24个低温敏FBG应变传感器全部存活,能够对静压过程中的桩端阻力、桩身轴力、侧摩阻力及单位侧摩阻力的变化规律进行动态、实时监测;且此传感器具有温度补偿的功能,能够较好地满足现场试验的测试需求,为FBG传感技术在岩土工程现场测试中的应用提供了新方法。
光纤光学 光纤光栅传感技术 高强度混凝土(PHC)管桩 静压桩 传感器 测试分析 光学学报
2020, 40(12): 1206004
1 北京航天控制仪器研究所, 北京 100854
2 北京光纤传感系统工程技术研究中心, 北京 100094
通过利用聚酰亚胺涂覆裸光纤光栅的方法研制了一种增敏型光纤光栅温度传感器, 其反射波长的温度敏感系数由曾敏前的10pm/℃提升至40pm/℃。在-40~200℃测试环境中, 开展了传感器标定和温度精度测量试验。试验结果表明: 利用光纤光栅增敏封装, 在高低温环境中采用低精度光纤光栅解调仪, 传感器的测温精度由±0.4℃提升至±0.1℃。上述结果显示, 采用增敏封装结构能够提升光纤光栅温度传感器的测量精度, 减低制作成本。
光纤传感技术 光纤光栅 温度传感 增敏封装 测量精度 optical fiber sensing fiber Bragg grating temperature sensing encapsulation and enhanced sensitivity accuracy of temperature measurement
