南京理工大学 电子工程与光电技术学院, 南京 210094
光纤传像束是利用一定数量且规则排列的光纤实现传输图像的无源器件。为保证其成像质量, 文章基于机器视觉技术研究了一种对光纤数量的优化检测系统。针对光纤传像束端面图像采集不完整或边缘有缺陷的情况, 文章提出了一种基于欧拉数计算的边缘优化处理算法, 可以识别、标记并分类图像中所有的边缘轮廓, 不仅实现了对光纤数量的精确检测, 而且通过图形处理器(GPU)处理提高了算法性能。文章算法均在Visual Studio 2013、Opencv 3.1和CUDA 10.1的环境下调试运行。实验结果表明, 该系统对图像中光纤总数的检测误差率约为0.27%, 优化检测的误差率约为0.03%, 基本满足设计要求。不仅如此, 与常规的检测方法相比, 文章所提优化算法可大幅度降低对阈值的选取要求, 并有更高的检测效率。在统一计算设备架构(CUDA)的支持下, 双边滤波提速约20倍, 优化算法及整体运行减少近1/2时间。
光纤传像束 光学系统 图像处理 优化检测 效率 欧拉数 optical fiber image transmission bundle optical systems image processing optimal detection efficiency Euler number
1 齐鲁工业大学(山东省科学院) 海洋仪器仪表研究所, 山东 青岛 266061
2 齐鲁工业大学(山东省科学院) 海洋技术科学学院, 山东 青岛 266061
光纤布拉格光栅(FBG)具有抗电磁干扰、耐腐蚀、体积小和成本低等优点, 而飞秒激光制备的FBG更具有耐高温的独特优势。文章首先对飞秒激光刻写FBG的3种主流方法, 包括飞秒激光相位掩模板法、飞秒激光直写法和飞秒激光全息干涉法进行了介绍, 对比分析了各种制备方法的优缺点, 其次着重对飞秒激光制备的FBG的温度、压力(应变)和折射率传感的原理及其应用进行了综述, 最后指出了飞秒激光制备的FBG在河水、湖泊和海洋等领域环境监测中的应用前景。
飞秒激光 光纤布拉格光栅 传感应用 femtosecond laser FBG sensing applications
国家管网集团 西南管道有限责任公司,成都 610000
西南山区管道光缆穿越许多复杂区域(山地、河流、隧道和农田等),地质变形和人为破坏等常导致光纤断芯发生,严重影响了管道的安全生产运输。基于光的瑞利散射原理,检测散射光返回时间,判断故障点位置,同时可以采集分析光缆周围的振动信号特征。不同区域由于表层结构差异和背景噪声不同等因素影响,采集到的信号各不相同。文章对不同地形光缆信号进行处理分析后,归纳总结了不同区域下光缆接收到的外界信号特征,有助于感知复杂环境下的管道光缆线路状态,为管道安全运行提供了决策支持,达到了预警的目的,利于后续管道安全预警系统的搭建。
光纤传感 长输管道 信号分析 optical fiber sensing long-distance pipeline signal analyses
光纤复合架空地线(OPGW)在运行中受到内外条件的影响,结构中的金属绞线、油膏、光单元管和光纤等部分将发生一定程度的性能退化,导致光缆整体的健康度恶化。如何根据不同的参量对OPGW光缆的健康度状态进行评估,在故障发生之前进行维修或更换,是当下面临的主要问题。文章提出了基于主客观权重赋值法和主成份分析(PCA)法的OPGW光缆健康度评估方法,并进行了算例分析。数据分析结果表明,文章所提方法可有效地反映OPGW光缆的健康度状态。
光纤复合架空地线 主客观权重 健康度 OPGW subjective and objective weight PCA PCA health status
1 浙江华东工程咨询有限公司,杭州 310014
2 武汉大学 水资源与水电工程科学国家重点实验室,武汉 430072
复合海底电缆在敷设和运行过程中由于外部荷载作用常发生扭转行为。文章基于有限元软件建立三芯光纤复合海底电缆局部段的精细数值模型,并开展了相关数值仿真实验,重点研究海缆顺-逆扭转方向以及扭转角度对海缆主要结构的受力影响。仿真结果表明,顺-逆扭转作用对于不同绞合方向的内部结构有不同程度的影响,海缆内部结构沿轴向方向扭转角度具有较好的一致性,呈现出线性变化特征; 小角度扭转时各结构应力出现先增后降趋势,而扭转角度增大时各结构应力出现逐渐增长趋势,增长速度有所升高,材料屈服出现非同步性。
复合海缆 扭转特性 屈服应力 有限元 对比研究 composite submarine cable torsion characteristics yield stress finite element comparative study
为了提高基于抛物线拟合的布里渊频移提取准确性, 文章采用Savitzky-Golay滤波对含噪布里渊谱进行滤波得到比较准确的布里渊频移后, 从未滤波布里渊谱中选择对称的部分, 然后采用抛物线拟合提取布里渊频移。由于文章所提方法能得到对称程度较高的布里渊谱, 且计算耗时增加不多, 因此改进的抛物线拟合方法可以在保证实时性的基础上显著提高布里渊频移提取的准确性。文章采用了原始抛物线拟合方法、基于伪Voigt模型的拟合方法和改进的抛物线拟合方法来计算光纤沿线的布里渊频移, 结果表明, 改进的抛物线拟合方法计算时间要长于原始抛物线拟合方法, 但仅为基于伪Voigt模型拟合方法的1/37~1/28, 且布里渊频移计算准确性与后者相似。基于文章所提算法有望实现光纤沿线温度和应变的快速感知。
分布式光纤传感 布里渊散射 温度和应变 Savitzky-Golay滤波 快速 distributed optical fiber sensing Brillouin scattering temperature and strain Savitzky-Golay filter fast
中国航空工业集团公司 西安飞行自动控制研究所，西安 710065
由于基于40 μm保偏光纤的商用光纤器件制作技术和保偏熔接技术尚不成熟，一般的保偏光纤参数测量方法很难直接应用。文章提出在1根40 μm保偏光纤上完成超辐射发光二极管(SLD)耦合对接和光纤偏振器在线制作，构建出一套简单的偏光干涉装置，利用调制光谱可同时实现拍长和双折射温度系数的测量。文章分别从理论和实验上对测量方法进行了阐述和验证。所提方法同样适用于其他直径的保偏光纤参数测量。
40 μm保偏光纤 调制光谱 拍长 双折射温度系数 40 μm polarization-maintaining fiber modulated spectrum beatlength refractive index temperature coefficient
为了研究单模光纤宏弯损耗特性与温度变化的关系, 文章根据Faustini L提出的理论公式进行了热光效应和热膨胀效应修正, 基于该公式对温度影响下的纤芯—包层—无限涂覆层结构SMF28和1060XP单模光纤宏弯损耗分别进行了仿真分析, 探究了温度、波长和弯曲半径等因素对单模光纤宏弯损耗特性的影响, 并得到两种单模光纤与温度之间的线性拟合结果。研究结果表明, 宏弯损耗随弯曲半径的减小而增大, 随波长的增大而增大, 随温度的升高而减小; 当弯曲半径和波长一定时, 宏弯损耗与温度之间具有单调性; 增大弯曲圈数可有效增加其对温度的灵敏度。
单模光纤 宏弯损耗 纤芯-包层-无限涂覆层 温度传感器 single-mode fiber macro-bending loss core-cladding-infinite coating temperature sensor
1 华北电力大学 a.电子与通信工程系
2 b.河北省电力物联网技术重点实验室
3 c. 保定市光纤传感与光通信技术重点实验室, 河北 保定 071003
针对海缆故障信号振动特性研究存在不足的问题, 文章建立了锚砸作用下光纤复合海底电缆(海缆)的三维有限元模型。在质量为151.16 kg和速度为6.95 m/s的锚砸条件下进行了仿真计算, 获得了海缆光单元受锚砸作用时, X、Y和Z 3方向上的加速度数据并进行了振动特性分析, 给出了振动加速度信号的幅频特性、能量熵和峭度, 分析了锚砸作用下海缆的振动特性, 为采用光纤技术监测海缆工作状态提供了参考。
海缆 锚砸 有限元 光单元 振动特性 submarine cable anchoring finite element optical unit vibration characteristics
