党竑 1,2马彬 1,3高超 1,3祖文龙 1,3[ ... ]沈平 2,4
作者单位
摘要
1 南京航空航天大学自动化学院,江苏 南京 211106
2 南方科技大学电子与电气工程系,广东 深圳 518055
3 高速载运设施的无损检测监控技术工信部重点实验室,江苏 南京 211106
4 鹏城实验室,广东 深圳 518055
5 智能光传感与调控技术教育部重点实验室,江苏 南京 210023
针对光频域反射(OFDR)分布式光纤传感在长距离、大量程应用场景中,参考光谱与测量光谱间的相似度(SD)退化及由此造成的鲁棒性下降的问题,本文研究了可调谐激光光源调谐非线性补偿模型,发现补偿的残余误差会引起传感单元产生随机位置偏差(PoD)。基于对PoD的统计学分析,建立了参考和测量光谱间SD的评价体系,并提出一种基于卡尔曼预测和局部寻优的传感单元随机PoD补偿方法,实现了参考和测量光谱位置的高效、精准匹配。本文所提方法能够在50 m的传感光纤上以5 mm的空间分辨率实现大量程传感(最高温度~450 ℃,最大应变~10000 με),且兼顾高鲁棒性和高速度(计算量可降低到原来的5.8%~28.6%)。这些优点使该方法能够广泛应用于现有的光频域反射分布式光纤传感系统。
光纤传感器 分布式传感 光频域反射计 卡尔曼预测 
光学学报
2024, 44(1): 0106016
Author Affiliations
Abstract
1 Center of Material Science, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
2 Photonics Laboratory, Munich University of Applied Sciences, Munich 80335, Germany
3 Institute for Measurement and Sensor Technology, Technical University of Munich, Munich 80333, Germany
4 College of Meteorology and Oceanography, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
In the aerospace field, for aerospace engines and other high-end manufacturing equipment working in extreme environments, like ultrahigh temperatures, high pressure, and high-speed airflow, in situ temperature measurement is of great importance for improving the structure design and achieving the health monitoring and the fault diagnosis of critical parts. Optical fiber sensors have the advantages of small size, easy design, corrosion resistance, anti-electromagnetic interference, and the ability to achieve distributed or quasi-distributed sensing and have broad application prospects for temperature sensing in extreme environments. In this review, first, we introduce the current research status of fiber Bragg grating-type and Fabry–Perot interferometer-type high-temperature sensors. Then we review the optical fiber high-temperature sensor encapsulation techniques, including tubular encapsulation, substrate encapsulation, and metal-embedded encapsulation, and discuss the extreme environmental adaptability of different encapsulation structures. Finally, the critical technological issues that need to be solved for the application of optical fiber sensors in extreme environments are discussed.
optical fiber sensors high-temperature sensing encapsulation technique extreme environments 
Chinese Optics Letters
2023, 21(9): 090007
作者单位
摘要
1 上海大学通信与信息工程学院上海市特种光纤与光接入网教育部重点实验室,上海 200444
2 江西师范大学物理与通信电子学院江西省光电子与通信重点实验室,江西 南昌 330022
3 河南师范大学电子与电气工程学院河南省光电传感集成应用重点实验室,河南 新乡 453007
长周期光纤光栅作为一种重要的光无源器件,与所有光纤传感器一样具有抗电磁干扰、耐腐蚀、灵敏度高、体积小、与光纤系统兼容等优点,在光纤传感与光纤通信领域都有广泛的应用。本文对长周期光纤光栅的模式耦合原理、理论分析方法、光栅制备技术及其在光纤传感与光纤通信领域的主要应用进行了总结分析,其中制备技术主要总结了激光制备技术(包括紫外激光、二氧化碳激光、飞秒激光制备技术)与非激光制备技术(包括电弧放电、机械微弯、包层腐蚀、熔融拉锥、离子注入、超声调制技术),分别介绍了长周期光纤光栅在温度、应变、弯曲、扭转和环境折射率、生化传感等方面的应用,对于光纤通信领域的应用则侧重于全光纤滤波器、模式转换器、起偏器、模式耦合器等方面。本文是按照教程论文的形式撰写的,旨在为相关领域的学生、科研工作者提供一个系统的介绍。
光纤光学 长周期光纤光栅 模式耦合 模式转换 光纤传感器 光纤通信 
激光与光电子学进展
2023, 60(9): 0900001
作者单位
摘要
1 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 511443
2 暨南大学附属第一医院消化内科,广东 广州 510632
3 广东省人民医院广东省心血管病研究所,广东 广州510080
4 广州信筑医疗技术有限公司,广东 广州 510535
微循环功能是反映危重病人器官生理状态的关键指标,为确定后续治疗手段提供了重要依据。传统上采用显微镜等手段观察体表微循环状态,但仅能获得组织毛细血管的空间形态,获取的功能性信息有限,难以满足临床需求。针对肠道内微循环监测需求构建了小型化光纤光声内窥镜,将成像探头伸入活体小动物直肠内以旋转扫描的方式进行内窥成像。在扫描过程中通过逐点探测由激光脉冲在生物体内激发出的超声波,能够获得消化道内壁血管空间分布;基于动静脉血在光学吸收谱上的差异,采用双波长激发获得了血氧饱和度的空间分布。基于数小时的连续监测,发现小动物患脓毒症后直肠内壁血管结构与血氧饱和度均发生明显变化。实验结果表明,该技术能够以无创方式表征典型微循环疾病模型的功能性变化,为微循环的无创监测提供了一种新的技术途径。
生物医学 光声成像 光声内窥镜 超声传感器 光纤传感器 微循环障碍 
中国激光
2023, 50(9): 0907103
夏菁 1,2,3江俊峰 1,2,3,*王双 1,2,3丁振扬 1,2,3[ ... ]刘铁根 1,2,3
作者单位
摘要
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院,天津 300072
2 天津大学光电信息技术教育部重点实验室,天津 300072
3 天津大学光纤传感研究所天津市光纤传感工程中心,天津 300072
研究了基于光纤缠绕薄壁圆筒的声增敏方法,基于3×3耦合器建立了声压灵敏度标定实验系统,实验探讨了薄壁圆筒的方向特性,实验研究了半径、壁厚尺寸参数对光纤声增敏的影响,实现的声压灵敏度达到1.338 rad/Pa(-117.47 dB re rad/μPa)。光纤缠绕薄壁圆筒接入所搭建的准分布式声传感系统进行实验,在20.06 km传感距离上,恢复的1 kHz正弦波形与施加波形误差不超过4.1%,比未增敏光纤环传感信噪比提高了21.03 dB,显示了薄壁圆筒声增敏的传感效果。该研究结果为高灵敏度的准分布式声传感的进一步发展提供了实验基础。
光纤光学与光通信 光纤传感器 分布式声传感 光纤光学 薄壁圆筒 相位 
激光与光电子学进展
2023, 60(7): 0706003
尚秋峰 1,2,3李雪丽 1,*
作者单位
摘要
1 华北电力大学 电子与通信工程系,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,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,保定 071003
针对布里渊光时域传感器在进行长距离监测时存在的实时性较差的问题,提出了一种基于长短期记忆网络的布里渊增益谱温度提取方法。采用洛伦兹函数仿真生成用于长短期记忆网络训练的数据集,建立长短期记忆网络与温度的映射关系。搭建了40 km的布里渊光时域实验系统,通过谱线相减法对实验数据中存在的畸变现象进行校正,采用长短期记忆网络对校正数据进行了温度信息提取。将本文提出的长短期记忆网络方法与经典的极限学习机方法进行了对比。仿真和实验结果表明,所提算法的最小均方根误差可达0.11℃;即使在扫频步长较大的情况下,该方法仍具有较好的测量精度,有利于提高布里渊光时域温度传感系统的实时性。
光纤传感 布里渊光时域分析 布里渊增益谱 长短期记忆网络 温度提取 Optical fiber sensors Brillouin optical-time domain analyzer Brillouin gain spectrum Long short term memory network Temperature extraction 
光子学报
2023, 52(1): 0106004
作者单位
摘要
湖北师范大学物理与电子科学学院,湖北 黄石 435002
制作了敏感材料修饰的拉锥光纤与微腔级联的多参量光纤传感器,并用实验研究了其应变、温度和湿度特性。所提微腔由飞秒激光划线放电形成,并对其进行拉锥。传感器的反射光谱干涉峰对应变的变化敏感,实验结果表明应变灵敏度为4.8 pm/με。然而,该结构对温度与湿度均不敏感,在该结构的锥部涂覆了掺入石墨烯量子点的聚乙烯醇之后,温度和湿度的灵敏度明显提升,此时最大温度灵敏度为20.4 pm/℃,最大相对湿度灵敏度最大为14.6 pm/%。对Dip1、Dip2、Dip3进行分析,再利用三阶矩阵消除交叉敏感,能够同时测量应变、温度和湿度。
光纤光学 光纤传感器 应变 温度 相对湿度 石墨烯量子点 聚乙烯醇 
光学学报
2023, 43(1): 0106003
作者单位
摘要
1 中国联合网络通信有限公司研究院,北京 100048
2 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
光网络的通信和感知一体化是基于光缆资源的一种有效设计,符合通信系统资源融合的发展趋势。利用通感一体化(ICAS)技术,不仅有助于光网络的智能运维,提升网络质量,还能实现密集的传感数据采集和新型应用,有效盘活运营商的光纤资产。本文阐述了光网络ICAS的潜在使能技术,对基于光纤瑞利散射、拉曼散射和布里渊散射等原理实现的传感技术进行对比分析,并结合相关研究,讨论了光网络ICAS技术的多类潜在应用场景,为该技术的推广应用提供思路。
光纤通信 光纤传感器 光纤光学 光纤特性 光网络通信和感知一体化 
激光与光电子学进展
2023, 60(1): 0100001
常庄 1,2江毅 1,*
作者单位
摘要
1 北京理工大学 光电学院,北京 100081
2 信息光子技术工业和信息化部重点实验室,北京 100081
介绍了一种基于光纤白光干涉测量技术和现场可编程门阵列的多通道高速外腔式法珀干涉型传感器解调系统。该系统由一个半导体光放大器和一个光纤法珀可调谐滤波器来制作一个高速波长扫描光纤激光器,通过对称三角波技术驱动可调谐法珀滤波器产生扫描频率为1 kHz的扫频光谱。用FPGA实现EFPI传感器的高速信号解调。该系统实现了4通道每个通道2 kHz的EFPI传感器高速解调。
外腔式法珀干涉仪 光纤传感器 高速白光干涉测量 现场可编程门阵列 信号高速解调 Extrinsic Fabry-Perot interferometers Optical fiber sensors High-speed white-light interferometric interrogation system Field Programmable Gate Array(FPGA) Signal high-speed demodulation 
光子学报
2022, 51(11): 1106004
Author Affiliations
Abstract
1 Department of Industrial Engineering, University of Bologna, 47121 Forlì, Italy
2 Sestosensor SRL, R&D Department, Zola Predosa 40069, Italy
3 Fibrain Sp. Z.o.o., Wspólna 4A, Rzeszów 35-205, Poland
4 Consiglio Nazionale delle Ricerche, IMM Institute, Bologna 40129, Italy
Two innovative optical fiber cable layouts designed to improve strain measurement accuracy for Brillouin Optical Time Domain Analysis (BOTDA) sensors through improved strain transfer efficiency are presented and discussed. Swept Wavelength Interferometry (SWI) is used to experimentally evaluate their performance alongside analytical models and numerical simulation through Finite Element Method (FEM). The results show good agreement between the different methods and show that the second sensing cable design presents good features to minimize the mismatch between measured and actual strain. Finally, the strain response of both strain and temperature sensing cables of this design are evaluated, showing that their difference in response is reliable enough to allow temperature compensation.Two innovative optical fiber cable layouts designed to improve strain measurement accuracy for Brillouin Optical Time Domain Analysis (BOTDA) sensors through improved strain transfer efficiency are presented and discussed. Swept Wavelength Interferometry (SWI) is used to experimentally evaluate their performance alongside analytical models and numerical simulation through Finite Element Method (FEM). The results show good agreement between the different methods and show that the second sensing cable design presents good features to minimize the mismatch between measured and actual strain. Finally, the strain response of both strain and temperature sensing cables of this design are evaluated, showing that their difference in response is reliable enough to allow temperature compensation.
Brillouin scattering Optical fiber sensors Fiber ring lasers Strain transfer Structural health monitoring 
Journal of the European Optical Society-Rapid Publications
2022, 18(1): 2022007

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