基于拟合衰减差自补偿的分布式光纤温度传感器

针对斯托克斯光和反斯托克斯光的本质损耗、附加损耗使分布式光纤温度传感器产生测温误差的问题,通过对分布式光纤温度传感器的温度解调原理的研究,提出了拟合斯托克斯光与反斯托克斯光之间衰减差的方法实现温度自补偿,以此减小测温误差.以传感光纤上不同位置的两部分作为参考段和测温段,参考段的光信号作为测温段拟合多阶衰减差和解调温度的参量,通过引入多阶拟合结果解调温度,减小因斯托克斯光和反斯托克斯光的本质损耗、附加损耗导致的温度误差,实现温度的初步修正.改变光纤上同一位置的温度,取3组不同温度值及对应信号值计算引入拟合衰减差前后的瑞利噪声,分析了瑞利噪声与光纤长度和温度的关系,通过引入拟合衰减差消除瑞利噪声,减小了斯托克斯光和反斯托克斯光的本质损耗、附加损耗导致的瑞利噪声误差,实现温度的再次修正.分析比较多阶衰减差拟合结果对测温误差以及消除瑞利噪声的影响,获得最优拟合阶次.在拟合因参考段的附加损耗而导致的测温段的附加误差后,通过拟合结果进行温度补偿,完成了最终温度修正.实验结果表明,在30-90℃,引入一阶线性拟合结果的温度修正效果最好,经过三次修正后,测温误差从10.50℃降低至0.90℃.     

基于误差补偿的分布式喇曼温度传感器(英文)

基于分布式喇曼传感器,对斯托克斯光和反斯托克斯光两路信号的同步问题进行了合理假设,并给出相应的补偿方法.为了进一步提高解调温度的准确度,采用温度解调系统及温度解调软件对实验系统收集到的数据进行分析.给出了实际开发分布式喇曼传感系统中补偿后离散式的温度解调算法,对该算法解调出来的温度进行实验测试.结果表明:解调温度的误差和监测点到光纤光注射端的距离及相应监测点待解调的温度值均有线性关系.该温度传感器空间分辨率达1m,对于整个2km的探测光纤,即使考虑到温控箱拥有0.5℃左右温度误差,整个实验系统的温度解调误差也在1℃左右.     

分布式喇曼光纤测温系统中修正测量误差的方法

喇曼散射的分布式光纤测温系统中,由于光纤色散效应,反斯托克斯光与斯托克斯光传播速度不同会引起采集信号错位,导致测量误差.本文提出了一种利用分段三次Hermite插值算法修正反斯托克斯信号,消除信号错位,降低系统测量误差的方法.该方法在1km传感样机上进行了验证.未修正时,反斯托克斯信号与斯托克斯信号在光纤尾端错开1个点,导致升温峰前端出现-7.45%的误差,经过插值修正后,消除了信号错位,使系统的测量误差在±1.5%以内.     

光纤分布式测温系统中基于迭代法的高准确度温度解调算法

提出了一种利用喇曼散射原理的光纤分布式测温系统中基于迭代的高准确度温度解调算法.针对于常规的反斯托克斯-斯托克斯双光路比值的温度解调算法,该迭代算法进一步校正了光纤中双光路衰减系数差对温度敏感带来的温度测量误差,尤其适用于中距离且温度场复杂的测温环境,实现了高准确度的温度测量.通过理论分析确定了该迭代法的迭代格式,测量了相应的光纤参量,并在传感样机上编写相应的代码通过实验予以验证,在0～90℃温度范围,5km测量长度输出的测温曲线符合预期的测温效果.     

光纤分布式测温系统中基于迭代法的高准确度温度解调算法

提出了一种利用喇曼散射原理的光纤分布式测温系统中基于迭代的高准确度温度解调算法.针对于常规的反斯托克斯-斯托克斯双光路比值的温度解调算法,该迭代算法进一步校正了光纤中双光路衰减系数差对温度敏感带来的温度测量误差,尤其适用于中距离且温度场复杂的测温环境,实现了高准确度的温度测量.通过理论分析确定了该迭代法的迭代格式,测量了相应的光纤参量,并在传感样机上编写相应的代码通过实验予以验证,在0~90℃温度范围,5 km测量长度输出的测温曲线符合预期的测温效果.     

基于色散效应的光纤光栅高速高精度解调方法研究

利用普通单模光纤(SMF)与色散补偿光纤(DCF)分别具有正色散和负色散系数特性,实现光纤光栅阵列的高速高精度解调.系统采用全光纤结构,仅需发出单一高速光脉冲,即可根据反射光脉冲时延差同时获取各个光栅的波长与位置信息,大幅提高了光纤光栅解调速度;通过建立DCF-SMF双通道和色散差矫正模型,削弱了温度变化及色散值误差对系统解调精度的影响.实验表明,本方法解调速率可达1 MHz,解调过程受传感网络光纤及双通道温变影响较小,具有良好稳定性及高精度;5—75?C温度扰动实验中,传感网络传输光纤温变时系统解调均方差16.8 pm,DCF-SMF双通道受温度扰动时系统解调均方差为11.9 pm,恒温下系统长时间解调时均方差为6.4 pm;应力实验中,解调线性度可达0.9998,解调精度约为8.5 pm.     

基于累加平均的分布式光纤拉曼测温系统

分布式光纤拉曼温度传感(DTS)系统是一套基于光纤中的拉曼散射效应来实现分布式温度监控的系统,利用光纤中拉曼散射光的强度与光纤的温度状态有关的原理对温度进行实时监测。设计了一套9 km的光纤拉曼测温系统,利用数据采集卡对斯托克斯和反斯托克斯光进行采集,在电脑端对温度进行累加平均处理,将微弱的信号从系统的噪声中提取出来,提高其信噪比。在累加平均16 000次的情况下测温精度达到了±2℃。     

基于单模光纤的分布式温度传感器研制

在对光纤背向喇曼散射温度效应理论分析的基础上,研制了基于单模光纤的5km分布式温度传感器。实验比较了温度传感解调方法,选择反斯托克斯(Anti-Stokes)和斯托克斯(Stokes)背向喇曼散射光强度比值进行解调。介绍了系统的硬件组成和软件实现。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2m。     

带光放大器的分布式光纤拉曼温度系统

 详细阐述了红外双波长带光放大器的分布式光纤拉曼温度系统原理，为了抑制放大器的自发辐射增长、温漂噪声积累、瑞利背向散射光窜扰反斯托克斯背向散射光，采用两条已知温度的曲线和最近测量温度曲线的解调方法,提高了系统的测温精度和稳定性并降低了系统的成本。实验结果与理论分析一致,系统的测温误差在±0.1 ℃内。     

光纤通信系统中光纤色散的教学研究

光纤色散是光纤通信课程中的重点和难点,光纤色散导致沿光纤传输的光信号脉冲展宽,从而引起光脉冲之间相互重叠,最终导致光纤通信系统性能恶化。本文结合高速光纤通信系统发展趋势,讨论了在不同速率的光纤通信系统中色散的影响及色散补偿方法,并通过光波时域波形图及信号眼图等形象地展现光纤色散的影响。     

基于色散补偿光纤的高速光纤光栅解调方法

本文提出并论证了一种光纤光栅高速解调的新方法, 利用色散补偿光纤的色散效应, 将光纤光栅的波长漂移信息转换成时域信息. 采用脉冲激光器作为光源, 仅需一个光脉冲可获取单根光纤上所有光纤光栅的反射光脉冲, 再根据各个光栅反射回光脉冲的延时变化即可实现波长的解调. 本方法可用于准分布光纤光栅传感网络解调, 系统采用全光纤结构, 无需波长扫描, 大大提高了解调速度. 本文搭建了测试系统进行实验验证, 对3个光纤光栅组成的准分布式传感网络进行了解调, 实验结果表明, 解调出的光纤光栅布喇格波长线性度好, 解调速度最高可达1 MHz, 采样数据取10次平均后解调线性度可达0.9969, 解调误差约为27.8 pm.     

开环全光混沌通信系统中的光纤信道结构

根据外光反馈半导体激光器及光纤传输方程,构建了基于光纤信道的开环全光混沌通信系统.考虑混沌调制和混沌键控两种信息加密方法,采用先进的校正相减解调法恢复信息,并且通过解调Q因子衡量系统性能.以不同次序排列单模光纤和色散补偿光纤构成4种结构的光纤信道,通过数值仿真分析信道结构对系统通信性能的影响.结果表明,为光纤信道保留少量的负累积色散有利于改善远程传输性能;两端补偿和中间补偿这两种对称结构的性能一致,对称结构优于非对称结构即预补偿和后补偿,适用于远程高速开环全光混沌通信.另外,无论光纤信道结构怎样,在远程高速激光混沌通信中混沌调制方法总是优于混沌键控方法.     

开环全光混沌通信系统中的光纤信道结构

根据外光反馈半导体激光器及光纤传输方程,构建了基于光纤信道的开环全光混沌通信系统.考虑混沌调制和混沌键控两种信息加密方法,采用先进的校正相减解调法恢复信息,并且通过解调Q因子衡量系统性能.以不同次序排列单模光纤和色散补偿光纤构成4种结构的光纤信道,通过数值仿真分析信道结构对系统通信性能的影响.结果表明,为光纤信道保留少量的负累积色散有利于改善远程传输性能;两端补偿和中间补偿这两种对称结构的性能一致,对称结构优于非对称结构即预补偿和后补偿,适用于远程高速开环全光混沌通信.另外,无论光纤信道结构怎样,在远程高速激光混沌通信中混沌调制方法总是优于混沌键控方法.     

带光纤环的分布式光纤拉曼温度系统

 为了抑制分布式光纤拉曼温度系统的温漂和瑞利散射光窜扰反斯托克斯散射光,在传感光纤前端盲区后放置光纤取样环,用瑞利散射光解调反斯托克斯散射光及用光纤取样环的温度计算光纤线上其它点的温度,提高了系统的测温精度和稳定性。采用功率100 mW，波长1.55 μm，脉宽10 ns脉冲激光器和15 dB前置光纤放大器，100M14bitA/D转换卡及DSP作数字平均构建光纤拉曼温度系统的实验，实现了测温误差在±0.03 ℃内。     

基于光信号偏振度的偏振模色散补偿系统的研究

偏振模色散已成为当前发展高速长距离光纤传输系统的主要限制因素。理论上分析了光纤一阶偏振膜色散效应对高速伪随机非归零码／归零码光信号偏振度的影响，并利用数值模拟的方法分析了信号不同输入偏振态以及高阶偏振膜色散效应对非归零码光信号偏振度的影响。最后对利用信号偏振度作为反馈控制信号的自适应偏振膜色散补偿系统的补偿性能进行了分析，大量统计分析结果表明对于10Gbit／s的非归零码光纤传输系统，当传输线路的平均偏振膜色散值小于43ps时，利用极大化输出信号偏振度的偏振膜色散补偿系统对信号眼图的补偿概率可以达到99．99％．     

分布式光纤拉曼温度传感器的对称解调

提出了一种用于分布式光纤拉曼温度传感器的对称解调新方案,采用瑞利散射光时域反射仪(OTDR)曲线解调光纤的反斯托克斯散射光时域反射仪曲线。首先将测量温度范围分成数段,用传统解调方法获取待测温度,然后判断该温度属于哪段内,最后用该对称的数段边界标定温度解调得到偶数个温度测量值,取平均值作为测量值。该方法提高了系统的测温精度和稳定性,系统的测温误差在±0．05℃内,空间分辨力1 m。实验结果与理论分析一致。     

带温度补偿的分布式光纤温度传感系统设计

针对分布式光纤温度传感系统(Distributed Optical Fiber Temperature Sensing System,DTS)在线测温精度不高的问题,提出了使用光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)解调仪对DTS进行温度补偿。对不带温度补偿的DTS进行了温度测量和数据分析,证明了进行温度补偿的必要性。设计了带温度补偿的DTS并进行了温度测试。实验结果表明,在使用FBG解调仪对DTS进行温度补偿后,DTS的温度精确度可以达到0.3℃。     

一种40Gb/s单信道光纤通信系统中的动态色度色散补偿

提出了一种用于40 Gb/s单信道光纤通信系统中的动态色度色散(CD)补偿技术。采用2×2光开关,色散补偿光纤(DCF)等器件构成可调节色度色散补偿器;提取中心频率为12GHz的窄带电功率信号作为反馈信号控制可调节色度色散补偿器,提取的窄带电功率值随系统中的累积色度色散值的增大而减小。实验证明,整个补偿系统的最长响应时间为0.7 s;补偿范围和补偿精度分别为81.55 ps/nm和5.28 ps/nm,通过增加光开关的数量和缩短每段色散补偿光纤的长度可以进一步提高补偿范围和精度。通过对比补偿前后系统的眼图可以看出:该系统能有效地补偿40 Gb/s光纤通信系统中动态变化的色度色散。     

基于可调光延迟线的光子学微波频率测量

提出了一种基于可调光延迟线的光子学微波频率测量方法.经同一微波信号调制的两个不同波长光载波在经过一段可调色散介质传输后,解调输出两路具有不同相位的微波信号,得到的相干微波功率随着色散量的改变出现周期性变化,由此周期可得到输入微波频率值.采用由8个磁光开关和1.6 km单模光纤构成的7-bit光纤延迟线实现色散量的调节....     

基于喇曼散射的分布式光纤温度传感器的温度修正

结合基于喇曼散射的分布式光纤温度传感器的基本原理及温度解调过程,研究和分析了温度测量产生误差的主要原因.采用拟合修正的方法来解决斯托克斯光和反斯托克斯光传输损耗差异以及光纤弯曲、应力等附加损耗对系统的影响;采集光纤起始端同一位置3个不同温度的信号值求解非线性方程组,实现了对探测器暗电流引起的测量误差的修正.实验结果表明:经过修正的传感器在900m位置的温度测量误差平均值从8.0℃降到0.37℃,整条光纤的温度测量误差平均值≤±0.6℃.