光纤涂敷层对光纤裂缝传感器分布式监测能力的影响

基于混凝土模型试验,对涂敷层的传感光纤的裂缝复用能力进行了定量分析,得到了传感光纤和工程结构裂缝夹角在30°,45°,60°时的复用能力与裂缝宽度的关系曲线。对由软性材料构成的光纤涂敷层来说,光纤的复用能力随涂敷层厚度的增加而增大,在与裂缝夹角成45°时,二次涂敷粗光纤的复用能力约为细光纤的5倍,表明光纤敷层对光纤裂缝监测的复用能力具有较大影响。对这种影响的机理进行了理论分析和试验研究,发现当混凝土开裂时,光纤沿混凝土界面的滑移是光纤涂敷层影响光纤裂缝复用能力的主要原因,在光纤与裂缝夹角成45°时,这一影响占60%以上。     

岩层变形检测的光纤光栅多点传感理论与工程应用

为了监测松散地层沉降变形,提出了一种用于钻孔中植入式光纤Bragg光栅传感器(FBG)的结构和传感网络系统.基于室内实验结果,给出了用于岩层变形检测的传感光栅波长带宽为6 nm,分析了多点传感信号分辨因子,山光源带宽决定的测试系统最大实际复用能力为6个传感器.设计并实现了一个由18个光纤光栅组成的具有特色的光纤Bragg光栅波分复用/空分复用混合阵列.工程实践表明,光纤光栅传感系统采用双同路布置.可提高系统下放后光纤光栅传感器的成活率.     

FBG多功能传感系统集成与应用

为充分发挥光纤光栅(FBG)传感系统复用能力,可同时对传感光路各个传感器的光信号进行有效识别,且为传感器设计和加工提供依据,基于FBG传感原理,从系统集成及复用能力优化的角度,探讨波分复用传感器设计方法,以及节点传感器结构和灵敏度设计原则与标准,并将提出的原则等应用于某实际工程光纤监测系统。传感系统在运行过程中,获得了较为可靠的监测数据,分布式光纤和点式电测技术测试结果相差6%左右,进一步表明临近光纤传感器没有出现传感信号串扰现象,为工程施工和安全维护提供参照。     

塑料光纤在裂缝监测中的性能

针对普通石英光纤质地较脆,应用在结构裂缝监测中易发生断裂的现象,本文运用塑料光纤代替普通石英光纤进行结构裂缝监测,并且考虑复合材料裂缝开裂方向的不确定性,对塑料光纤及其裂缝监测能力进行了研究.设计了一套塑料光纤传感装置,并通过裂缝模拟装置来研究塑料光纤分别与裂缝呈30°、45°、60°夹角时,光损耗与裂缝开度的关系.实验结果表明,随着裂缝的开展,光损耗逐渐增加;纤芯直径为0.5mm时最大光损耗幅值为78.76μW,而纤芯直径为0.25 mm时,最大光损耗幅值只有24.28μW,纤芯直径较大的光纤在微弯时易发生较大的光损耗.塑料光纤传感装置在结构裂缝监测中应用是可行性的,而且塑料光纤裂缝传感器的灵敏性随着方位角的增加而降低.     

并联复用光纤法-珀加速度传感器及解调方法的研究

提出了一种基于菲佐干涉仪的并联复用光纤法-珀加速度传感器的解调原理及系统,其中光纤法-珀加速度传感器是基于惯性质量引起法-珀腔腔长变化实现加速度传感的原理。针对此并联复用系统,建立了菲佐干涉仪的相对输出光强与光纤法-珀加速度传感器的法-珀腔腔长和菲佐干涉仪的厚度之间的关系模型,进一步建立了基于菲佐干涉仪的光纤法-珀加速度传感器系统的加速度传感理论模型。在此基础上对菲佐干涉仪解调并联复用光纤法-珀加速度传感器信号的原理进行了数值仿真,并对基于菲佐干涉仪解调的多通道光纤法-珀加速度传感器并联复用能力进行了分析。研究结果表明,数值仿真结果和理论分析相吻合,菲佐干涉仪解调多通道光纤法-珀加速度传感器并联复用系统具有可行性。     

采用密集波分复用技术的光纤水听器阵列研究

利用密集波分复用和时分多路复用技术相结合的大规模阵列结构,以Mach-Zehnder干涉型光纤水听器为例,分析了采用相位产生载波技术的频分多路复用,提出了密集波分复用技术在干涉型光纤水听器阵列应用的新方法,给出了复用体系结构,并分析了其在工程上可行性.     

光纤菲佐气体压力传感器的波分频分复用方法

设计了一种新的光纤菲佐气体压力传感器,结合波分复用技术和空间频率复用技术,实现了不同腔长的光纤菲佐气体压力传感器的复用.给出了该复用系统的结构,阐述了其工作原理,最后利用实验验证了该方法的可行性.针对该系统中的串扰问题提出了基于参数化谱估计的Pisarenko谐波分解方案,使可复用的传感器腔长差降至100 μm左右,大大提高了系统的复用能力.实验结果表明：该系统在单个传感器气体压力分辨率达0.76% F.S(量程为0~150 kPa),复用的传感器数目可达80个以上,可满足实际工程应用中多点气压测量的需要.     

光纤菲佐传感器频分复用网络解调方法研究

为了减小光纤菲佐传感器间的串扰,提高传感器网络的复用能力,提出了基于Pisarenko正弦波恢复法的光纤菲佐应变传感器频分复用网络光谱解调方案。在多光束干涉原理的基础上,建立了基于Pisarenko正弦波恢复方法的传感器频分复用解调模型,并对2个光纤菲佐传感器的串扰进行了实验研究。快速傅里叶变换能够达到应变精度好于±10με的传感器间最小腔长差约为500μm,而该方法可以把最小腔长差缩短至100μm左右。这意味着系统的复用能力提高了大约5倍。因此,该方法是一种串扰小、复用能力强的解调方法,在大容量准分布式传感网络中具有极大的潜在应用价值。     

光纤光栅复用温度传感研究

提出了一种基于匹配光栅调谐光纤激光器波长扫描寻址的新光纤光栅复用传感解方案,理论上分析了系统的响应特性,实验上完成了三光栅复用温度传感,实验结果与理论值相一致。     

基于时分复用技术的三轴光纤陀螺光路噪声及抑制技术研究

光纤陀螺小型化是光纤陀螺发展的一个重要方向,提出了一种基于时分复用技术的三轴光纤陀螺光路结构,通过复用一个光源和一个探测器大大减少了器件数量,有效地降低了成本,减小了体积。针对三轴光纤陀螺单信道多信号传感理论进行分析,给出了一种有效的信号提取方案,最后对光路串扰噪声进行了研究,提出一种噪声抑制技术并进行了实验验证。测试结果表明,噪声抑制技术效果良好,陀螺精度满足工程应用要求。     

可用于建筑结构检测的分布式光纤形变片

本文在光时域反射计（OTDR）和光纤形片的基础上,提出了一种分布式光纤传感器－分布式光纤形变片,该检测方法属于OTDR的损耗调制法,即通过测量粘贴于光纤形变片上的光纤弯曲损耗来获取测量点的应变量或位移量,作者分别在微位移架和悬臂梁进行了位移检测和应变检测,结果表明该分布式光纤形变片提供了一种可检测应变量与位移量的检测方法,值得注意的是,该分布式光纤形变片的传感网络采用时分复用的总线拓扑,能在一根光纤上同时检测多个检测点的变化。     

可用于建筑结构检测的分布式光纤形变片

本文在光时域反射计(OTDR)和光纤形变片的基础上,提出了一种分布式光纤传感器-分布式光纤形变片.该检测方法属于OTDR的损耗调制法,即通过测量粘贴于光纤形变片上的光纤弯曲损耗来获取测量点的应变量或位移量.作者分别在微位移架和悬臂梁进行了位移检测和应变检测,结果表明该分布式光纤形变片提供了一种可检测应变量与位移量的检测方法.值得注意的是,该分布式光纤形变片的传感网络采用时分复用的总线拓扑,能在一根光纤上同时检测多个检测点的变化.     

光纤光栅多参数桥梁结构监测系统的研究

从土木工程应用的实际情况出发,利用光纤光栅传感器具有波长绝对编码和易于复用的特点,提出工程化同时测量温度、应变和压力的全光栅型低成本分布式传感方案。设计了基于连续波调频技术的光纤光栅多参量桥梁结构监测系统,将光频域反射复用与波分复用技术相结合,实现分布式光栅传感网络的寻址,提高了系统复用容量。实验表明：所设计的传感系统能够准确监测结构重要部位的内部应变及车流量等参数,为桥梁结构的静、动载测试提供了准确的数据,同时也为桥梁的工作状态评估和健康诊断提供了依据。     

分布反馈式光纤激光水听器拖曳线列阵实验研究

为了进一步增大光纤拖曳阵的探测距离,研制了缆径为16mm的32元分布反馈式光纤激光水听器拖曳线列阵.阵元在10~2 000Hz频率范围内的平均声压灵敏度为-142.7dB(re 1rad/μPa),波动幅度小于±2dB.基于声光调制器的时分、波分联合复用技术实现了32元光纤激光水听器的多路复用,各个阵元之间以及各个通道之间的串扰均小于-40dB,并完成了静态和动态拖曳湖上实验.实验结果表明,研制的32元分布反馈式光纤激光水听器拖曳线列阵无论是在静态,还是在6~16节的动态拖曳状态,都能对目标形成稳定的波束指向,与GPS轨迹记录完全一致,展现了分布反馈式光纤激光水听器拖曳线列阵在工程上的应用前景.     

面向地壳形变观测的超高分辨率光纤应变传感系统

高分辨率光纤应变传感系统是地球物理学中地壳微弱形变观测的有力工具.相比于传统的地壳应变观测技术,光纤应变传感器具有测量分辨率高、抗干扰能力强、尺寸小、可复用、易于安装布设等特性,在建立新型地壳形变监测网络中具有很大的应用潜力.本文围绕面向地壳形变观测的纳应变级分辨率光纤应变传感器技术,阐述了应变传感原理与实现超高测量分辨率的机理,并详细介绍了扫频探测、Pound-Drever-Hall解调技术、边带探测、双回路锁定传感、传感器时分复用等技术及相应的传感器系统实现方案,最后,给出了超高分辨率光纤传感器在现场观测的实验结果与分析.     

波分复用串联的布里渊散射分布式光纤传感器

在一定分辨率和响应时间要求下，应用波分复用技术来串联布里渊散射分布式光纤传感器，解决了同时进行传感和通信存在的信号干扰.具体是采用波分复用来隔离传感光信号与通信光信号，同时应用光相干外差接收来分离传感与通信之间的电信号频谱.实现了两台布里渊散射分布式光纤传感器之间的串联，单台传感器的传感距离为25 km，串联后达到50 km.     

分立式与分布式光纤传感关键技术研究进展

光纤传感技术已广泛应用于航空航天、石油化工、电子电力、土木工程、生物医药等领域,其技术形式主要体现为分立式和分布式.分立式光纤传感技术利用光纤敏感器件作为传感器来感知被测参量的变化,光纤作为光信号的传输通道连接光纤传感器及后端的解调装置;分布式光纤传感系统基于光纤瑞利散射、拉曼散射或布里渊散射等光学效应,利用光纤本身作为传感器,可对沿途的光信号进行大范围、长距离传感.本文介绍了分立式与分布式光纤传感中主要关键技术的研究进展,并对未来的研究和发展方向进行了探讨.