北京邮电大学信息光子学与光通信国家重点实验室，北京 100876
布里渊光时域分析仪（BOTDA）因其长距离分布式传感的优势而得到学术界和产业界的广泛研究与应用，光脉冲编码技术可以在不牺牲空间分辨率和测量时间的前提下辅助BOTDA进一步实现可观的信噪比提升，被认为是最高效（高信噪比提升和低硬件成本）的性能提升方法之一，具有显著的优势和应用前景。本文围绕基于光脉冲编码技术的BOTDA，介绍了用于分布式光纤传感领域的几种主流的光脉冲编码技术的原理，综述了近些年基于光脉冲编码的BOTDA传感系统的研究进展。
光纤光学 分布式传感器 受激布里渊散射 光脉冲编码
1 海军工程大学电子工程学院, 湖北 武汉 430033
2 海军工程大学兵器工程学院, 湖北 武汉 430033
3 海军工程大学作战运筹与规划系, 湖北 武汉 430033
4 海军装备部装备保障大队, 北京 100036
提出一种用于声波方向检测的弱反射光纤布拉格光栅(WFBG)分布式传感器,并进行了实验验证。将两个相邻WFBG间的分布式传感光纤用于检测声波振动信号。两段传感光纤解调的信号相位差对应于声波到达的时间差,再由时间差计算得到声波方向。一段长50 m的传感光纤环放置于振动液柱内,测得其平均声压灵敏度为-155.10 dB(re rad/μPa);两段50 m的传感光纤分布放置在木地板上用于接收正弦声波,探测方向的均方根误差为1.35°。理论推导和实验结果表明,这种分布式传感器能够实现对声波方向的检测,与传统基底缠绕光纤结构相比尺寸超细,有望搭载在水下无人航行器上,实现对水下发声目标的探测。
光通信 光纤 光纤布拉格光栅 分布式传感器 弱反射 方向检测
1 哈尔滨工业大学 超精密光电仪器工程研究所, 黑龙江 哈尔滨 150000
2 南京晓庄学院 电子工程学院, 江苏 南京 211171
光纤形状传感技术是近年来光纤传感领域一个新的研究方向, 光纤形状传感器利用若干路在空间上具有特定排布的光纤组合在一起测量光纤或与之相连的被测物体的位置和形状。由于它具有不受电磁干扰、易于集成、形状测量精度高的特点, 可应用于医疗微创介入手术导管位置追迹、航天领域关键结构体形态测量、长距离管道及缆线变形监测等场合。本文论述了光纤形状传感技术在相关领域的应用, 综述了这一技术在国内外的最新研究进展, 对光纤形状传感的关键技术进行了详细的介绍, 同时分析了现有光纤形状传感技术所面临的主要瓶颈及误差来源。
光纤传感 分布式传感器 形状测量 综述 optical fiber sensing distributed sensor shape measurement review
1 武汉邮电科学研究院, 武汉 430074
2 武汉理工光科股份有限公司, 武汉 430223
为了解决分布式光纤振动传感系统中多点同时扰动情况下扰动点定位和扰动时间难以判断的问题, 采用信号处理方法, 应用聚类分析技术, 对系统生成的热点图先做阈值处理, 提取目标对象, 依聚类分析的结果, 对扰动点进行定位和扰动时间加以确认。结果表明, 该方法在排除噪声干扰的同时, 较为准确、合理地对扰动行为的位置和扰动持续时间做出了判断。这属于事件等级划分的一个步骤, 该研究为最终系统报警策略的规划提供了依据。
光纤光学 聚类分析 分布式传感器 小波滤噪 fiber optics clustering analysis distributed sensor wavelet denoising
中国计量学院光学与电子科技学院, 浙江 杭州 310018
介绍了一种基于时分复用光纤传感技术的准分布折射率传感器。通过测量光纤端面的菲涅耳反射信号的强度，实现对待测溶液折射率的分布检测。在多个测量点之间采用不同长度的延迟光纤，利用不同传感位置处的菲涅耳反射信号回到测量端的时间差来实现距离可分辨的多点测量。实验结果表明该传感器的测量距离达16 km，测得折射率范围为1.3486~1.4525，对应的灵敏度范围为38.785~305.430 dB/RIU(RIU 为折射率单元)。
光学设计 折射率 分布式传感器 菲涅耳反射 远距离 复用技术 激光与光电子学进展
2014, 51(9): 092801
1 日照职业技术学院 机电工程学院, 山东 日照 276826
2 山东大学 控制科学与工程学院, 山东 济南 250061
文章作者在对光纤背向喇曼散射温度效应进行理论分析的基础上, 对基于反斯托克斯/斯托克斯散射光强比值型的光纤分布式喇曼温度传感系统作了详细的研究, 对系统主要器件的要求进行了计算,研制了基于单模光纤的5 km分布式温度传感器。实验表明, 系统能精确地进行分布式测温, 温度分辨率为1 ℃, 空间分辨率为2 m。
分布式传感器 喇曼散射 反斯托克斯散射光 斯托克斯散射光 distributed sensor Raman scattering anti-Stokes scattered light Stokes scattered light
中国科学院安徽光学精密机械研究所 激光中心，合肥 230031
提出了一种能抑制传感死区的Sagnac 分布式光纤传感结构，利用2×2 耦合器实现光路的循环。运用琼斯矩阵对光路进行了分析，指出只要延迟光纤的长度选择合适，就能消除传感光纤中的传感死区，排除信号中伪零频点对信号解调的干扰。在八个不同的点分别进行扰动定位监测，对得到的信号经滤波平滑后在局部最小值附近运用最小二乘法拟合，以确定零频点的位置。实验结果表明该系统能实现扰动定位，平均误差最大值为68 m，最小为3 m，证明了结构的正确性，表明该结构可用于远距离管道泄漏检测。
分布式传感器 2×2 耦合器 琼斯矩阵 零频点 distributed sensor 2×2 coupler Jones matrix zero frequency point
提出了一种利用标准参考光谱进行波长校准的方法。实验中利用由宽带光源和光纤可调谐滤波器组成的可调谐光源分别扫描了参考光谱和传感光栅的光谱。在参考通道，ITU标准参考模块的输出是具有固定波长的梳状光谱。利用高斯拟合算法计算出由标准参考透射谱峰值输出的对应的驱动电压，通过样条插值函数获得了滤波器输出波长与驱动电压的关系。计算光栅反射谱峰值对应的驱动电压，利用上面获得的滤波器输出波长与驱动电压的关系式可以计算出传感光栅的Bragg波长。实验结果表明，在较大的波长范围内实现了对多个传感光栅的波长校准，减小了由滤波器非线性输出造成的测量误差，具有较高的重复性。
光纤Bragg光栅 分布式传感器 波长校准 FBG distributed sensors wavelength calibration
提出一种可用于管道安全维护的全光纤监测定位系统.系统以多个熔锥型光纤耦合器构造的双Sagnac干涉光路监测扰动信号,利用其复用段上对同一个扰动信号产生两组不同响应的特点消除监测结果的不确定性,将两组信号同时进行差分放大、快速傅里叶变换,在此基础上采用Daubechies3小波去噪的分析方法,解决扰动源特性限制问题,得到表征其位置的频响曲线.在47.401km的环路复用段上施加模拟油气管道所受到的人为侵扰,系统正确确定了这一常见随机扰动源的位置,平均误差小于100m,表明该系统能够对较长距离的管道设施进行实时监测定位.
监测系统 光纤光学 分布式传感器 Sagnac干涉仪 定位
