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
苏州科技大学 土木工程学院，江苏 苏州 215011
Ko位移理论能够很精准地对结构进行变形重构，为了将这一理论应用到实际工程中，选用光频域反射(OFDR)分布式光纤传感器作为测量工具，设计了基于等强度梁的变形估算实验方案。实验在等强度梁上分六级加载，用百分表测得4个测点在每级荷载下的真实挠度值，并根据每级所测应变值进行挠度的变形重构，最后将2种方法所得到的挠度值进行对比。实验结果表明：光纤的应变系数为0.71666，变形重构挠度值与真实挠度值之间的最大误差为0.586 mm，符合实验预期。
光频域反射 分布式光纤传感器 标定 应变系数 变形重构 Ko位移理论 optical frequency domain reflection distributed optical fiber sensors calibration strain coefficient deformation reconstruction Ko displacement theory
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
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
西南交通大学 信息科学与技术学院 信息光子与通信研究中心, 成都 610031
双马赫-曾德干涉仪型分布式光纤传感系统因灵敏度高而易受环境噪声及系统噪声的影响, 使得利用直接互相关算法计算扰动信号位置存在较大误差.采用二次互相关算法, 先对两路接收信号做互相关运算, 再与其中一路信号的自相关结果做互相关运算, 通过对两路信号的时延估计对扰动信号定位, 减小了噪声带来的误差并提高计算准确度.对该算法进行了理论仿真和分析, 搭建了实验装置进行了实验验证.实验结果表明, 与采用直接互相关定位算法结果比较, 采用本文算法能够有效提高系统对扰动信号的定位准确度, 且具有较高的实时性.
分布式光纤传感器 定位技术 二次互相关 时延估计 周界防护 Distributed optical fiber sensor Locating technology The quadratic cross-correlation Time delay estimation Perimeter protection
华北电力大学 电子与通信工程系, 河北 保定 071003
瑞利布里渊光时域分析系统具有单光源、单端工作、非破坏的优点, 为了解决系统信噪比与空间分辨率之间的矛盾, 将编码技术应用到瑞利布里渊光时域分析系统中, 可以在保持空间分辨率不变的前提下提高系统信噪比。提出了基于雪崩光电二极管检测和Simplex编码的瑞利布里渊光时域分析系统, 系统中的随机散粒噪声功率和信号功率有关, 而热噪声功率主要取决于雪崩光电二极管光电检测器的性能、与信号功率无关。由系统中与两种噪声相关的电流波动的方差和Simplex码的编解码规则可得编码系统的均方误差, 由此推导了系统信噪比和编码增益公式。随着编码长度的增加, 编码增益会逐渐增大并在某一编码长度后趋于稳定, 因此系统存在最佳编码长度, 最终推导了最佳编码长度公式, 并对信噪比和最佳编码长度进行了MATLAB仿真。仿真结果表明, 在基于Simplex码的瑞利布里渊光时域分析系统中, 当脉冲基底1阶边带产生的瑞利散射光功率为0.5 mW时, 随编码长度的增加, 编码增益逐渐增大并趋于稳定值6.69 dB, 系统的最佳编码长度为63 bit。
受激布里渊散射 分布式光纤传感器 Simplex 编码 瑞利散射 stimulated Brillouin scattering distributed fiber sensor simplex coding Rayleigh scattering 红外与激光工程
2017, 46(3): 0322001
中航工业北京长城计量测试技术研究所, 北京 100095
主要介绍了几种分布式光纤传感技术中的基于瑞利散射的光时域反射(OTDR)技术、相干光时域反射(COTDR)技术和相敏光时域反射(φOTDR)技术的基本工作原理,并分别介绍了这三种技术的发展现状及优缺点,提出了今后的发展方向和展望。
分布式光纤传感器 瑞利散射 光时域反射技术 distributed optic fiber sensing Rayleigh scattering optical time domain reflectometry
