分布式光纤拉曼测温系统中解调算法的优化

针对分布式光纤拉曼测温系统传统的温度解调算法进行了优化,提出了补偿光纤色散以及光纤损耗两种算法。通过重合处理补偿因反斯托克斯光与斯托克斯光信号的衰减速度不同而造成的温度解调误差;通过色散补偿算法对斯托克斯散射信号的位置进行修正,弥补因两束光的传播速度不同造成的测量误差,提高了系统的测温精度和定位精度。     

在单模光纤中放大的反斯托克斯拉曼背向自发散射的温度效应

在单模光纤中,输入的激光功率大于阈值时．出现放大的反斯托克斯拉曼背向自发散射现象。实验发现：放大的反斯托克斯拉曼背向自发散射具有温度效应．与反斯托克斯拉曼背向自发散射一样,放大的拉曼散射光的光子通量受到光纤温度的调制。反斯托克斯拉曼背向白发散射的放大效应抑制了单模光纤中的相干噪声,改善了系统的信噪比。实验还发现．放大的反斯托克斯扎曼背向自发散射空域曲线上放大的端点位置随激发功率的增高前移并具有一定的规律性。放大的反斯托克斯拉曼背向自发散射的温度效应作为一种新的测温原理,已应用于远程30km分布光纤温度传感器系统。     

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。     

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。     

基于PSO算法的DTS传感模型的参数辨识与优化

基于光纤拉曼散射效应和Monte-Carlo法,建立了一种分布式光纤拉曼温度传感系统(DTS)传感模型。应用改进的PSO算法对所建立的传感模型进行参数辨识,分析了种群数目、迭代次数、惯性权重、加速度因子等参数选值对算法的影响,选取了最佳参数组合。搭建了分布式光纤温度传感系统实验平台,运用所建立的DTS传感模型对分布式光纤温度传感系统进行相关的仿真及预测。实验及仿真结果表明,传感模型在空间分辨率为1m时,预测误差≤±0.25%;该分布式光纤温度传感系统测温误差≤±0.40℃。     

基于多模光纤的分布式喇曼测温系统

基于喇曼散射和光时域反射原理,分析后向散射光中反斯托克斯光和斯托克斯光光强比值,研制了基于多模光纤的分布式喇曼温度传感系统.采用对低、高温段温度分别进行拟合的动态温度标定方案,将测温精度提升至±1℃.分别对系统温度分辨率、测温精度、空间分辨率以及重复性进行了实验,结果表明:系统温度分辨率为1℃,空间分辨率为1m,系统稳定性良好,能够适应复杂环境变化.     

光纤中拉曼散射回波超高灵敏度探测技术研究

与布里渊散射不同,石英光纤中斯托克斯拉曼散射与光纤所受应力无关,只是绝对温度的函数,而且其拉曼频移为1.395×1013 Hz, 比布里渊散射易于提取,作为分布式光纤温度传感器的传感信号有一定的优势,但斯托克斯拉曼散射信号比布里渊弱,其峰值功率在APD中产生的光电流在nA级,低于APD的噪声电流,经光电转换后信号的信噪比小于1,傅里叶变换以及小波变换都无法有效地处理这类信号。通过对斯托克斯拉曼散射信号进行特征分析后,采用累加与小波降噪的综合方法提取该信号,实现在APD噪声电流以下的超灵敏度探测,达到每度0.104 nA的温度灵敏度,低于本系统所有APD噪声电流2.3 nA的1个数量级。     

基于超连续谱光源的相干反斯托克斯拉曼散射成像理论与实验可行性研究

将超连续谱光纤激光器引入到相干反斯托克斯拉曼散射成像系统,以解决当前相干反斯托克斯拉曼散射成像系统造价昂贵、体积庞大的问题。首先分析了基于超连续谱光源的相干反斯托克斯拉曼散射成像理论及其影响因素;接着搭建了一套基于超连续谱光源的相干反斯托克斯拉曼散射成像系统,并进行了成像性能测试。在物镜、功率、浓度等不同影响因素的情况下,系统测试的实验结果与数值仿真结果具有高度一致性,验证了基于超连续谱光源的相干反斯托克斯拉曼散射成像理论与实验的可行性。     

分布型光纤拉曼光子温度传感器系统的测温精度

在分布型光纤拉曼光子温度传感器（ＤＯＦＲＰＴＳ）系统中,自发拉曼光子是温度信息的载体,在２ｋｍ光纤上实时采样１０００个点,用于空间温度场分布的测量。系统采用拉曼光时域反射技术,对所测点进行定位。对分布光纤拉曼光子温度传感器系统的测温精度进行了讨论,由系统的信噪比来确定测温精度,提出了改善测温精度的方法,实际系统的测温精度达±１℃。     

分布式光纤温度压力传感器设计

为了实现油田井下温度压力的全分布式测量,提出了一种基于光纤散射原理的分布式温度压力测量方法。该方法通过对普通光纤进行封装设计,制作成传感光纤。由于光纤传感器周围流体的温度和压力会对传感光纤内的散射光产生调制作用,通过光纤解调仪解调出光纤拉曼散射参数和布里渊散射频移就能够实现温度和压力的实时在线测量。实验结果表明:设计的分布式光纤温度压力传感器可以实现的温度测量分辨率为0.1 ℃,压力测量分辨率为0.07 MPa。基本满足油田井下温度压力测量的全分布式、实时在线、可靠性高、精度高、抗干扰能力强等要求。     

大口径DKDP晶体受激拉曼散射增益系数的测量（英）

大口径KDP/DKDP晶体在强紫外光辐照下产生横向受激拉曼散射效应（TSRS）, 受激放大的拉曼散射光将导致激光能量损失甚至激光损伤, 测量DKDP晶体TSRS增益系数对设置激光装置的运行区间以确保晶体的安全使用非常重要。采用高精度光谱仪探测大口径DKDP晶体（氘含量65%）在351 nm激光辐照下的横向拉曼散射信号, 得到了拉曼散射光的增长曲线, 拟合得到的拉曼增益系数为0.109 cm/GW。同时, 实验结果表明晶体体损伤不影响TSRS增长行为, 表明晶体体损伤对拉曼增益系数测量结果的影响可以忽略。     

基于分布式光纤的埋地自来水管多点泄漏定位方法分析

基于拉曼散射测温原理，利用分布式光纤对UPVC（硬脂聚氯乙烯）和铸铁自来水管道进行模拟泄漏点定位实验。首先对采集到的原始Anti-Stokes光信号进行滤波平滑处理，再利用相关系数法对温度检测信号进行分类分析，识别自来水管有无泄漏发生，最后通过选择性阈值法识别出UVPC管以及铸铁管中的泄漏点位置。实验结果表明，该系统运行稳定且能够准确识别自来水管泄漏情况。选择性平均阈值法的使用，能够对200 m的埋地自来水管道准确地进行泄漏点的定位，定位误差为0.25 m～0.65 m。     

基于拉曼光谱散射的新型分布式光纤温度传感器及应用

介绍了分布式光纤拉曼温度传感器(DTS)的基本原理、发展趋势和工程应用研究状况,研究了分布式光纤拉曼温度传感器的关键技术,全面提升了DTS的性能。将拉曼放大技术应用于DTS系统,用拉曼增益部分抵偿光纤的传输损耗,使系统的传感长度达到50 km;对脉冲激光器进行211位循环编码,在接收时采用相关运算解调,显著提高系统的信噪比,使测温不确定度达到1 ℃;采用双波长自校正技术提高了系统的空间分辨率,达到2 m;在DTS系统中嵌入光开关,使测温通道成倍扩展,有效延伸了传感光纤的总长度,组成光纤传感网络。     

一个新型的基于全光纤Mach-Zehnder干涉仪BOTDR系统

报道了新型的分布式传感测量布里渊光时域反射(BOTDR)系统.布里渊散射频移和强度均依赖于温度和应变,因此,BOTDR利用光纤中的自发布里渊散射作为测量信号可以实现分布式温度和应变测量.在BOTDR中,光源采用窄谱半导体激光器,并由声光调制器调制成脉冲光,经掺铒光纤放大器放大后,注入测试光纤以产生自发布里渊散射.利用双通Mach-Zehnder干涉仪分离光纤背向散射中的自发布里渊散射与瑞利散射信号,实现了自发布里渊散射的直接检测.实验结果表明基于全光纤Mach-Zehnder干涉仪BOTDR方案是可行的.     

绝对测温转动拉曼激光雷达分光系统设计及性能

为实现转动拉曼激光雷达的绝对测量温度技术,设计并测试了多通道转动拉曼分光系统.提出了一阶闪耀光栅与光纤Bragg光栅组成的两级并行多通道拉曼分光系统,优化了其核心级联器件(微米级光纤阵列)的参数及光路结构;仿真分析了一级分光系统的分光光路,转动拉曼谱线最大离心伸缩量约为0.0031 nm,离心伸缩比为0.69%;实验测试表明一级分光系统各转动拉曼通道的通道系数均在0.75以上,提取到拉曼光谱的实测中心波长与理论值的最大偏差约为0.0398 nm,偏离度为8.86%,可提供对弹性散射信号27 dB以上的有效抑制,结合已有光纤Bragg光栅二级分光实现高达62 dB弹性散射的抑制效果,可以实现对单条偶转动量子数转动拉曼谱线的精细光谱提取.     

光纤背向激光自发喇曼散射的温度效应研究

从理论和实验上研究了光纤背向激光自发喇曼散射的温度效应.光纤背向激光自发反斯托克斯喇曼散射、斯托克斯喇曼散射光的相对强度正比于光纤分子上、下能级粒子数的布居,依赖于温度.由于实际系统中,作为分光用的干涉滤光片不可能完全隔离背向瑞利散射光,因此,实际系统温度曲线比理论曲线低,本文给出了理论修正公式,提出了附加修正项,它与隔离度和波长有关.     

基于布里渊散射的结构应力光纤测试技术研究

本文通过分析一定功率的脉冲光射入光纤中的布里渊散射规律,介绍了分布式光纤测量测量轴向应力的基本原理。制作实验装置,测量单独的应变模型,分析散射回来的波形图,初步了解应力在光纤布里渊散射波谱上的图像特征。将应力作用于光纤的不同位置,对比它们与无应力作用诗所得到的散射波形之间的图像差异,研究其对光脉冲在光纤传输过程中的影响规律。结果表明,应力的作用大小,作用位置的不同都会对脉冲光的传播造成影响,主要在于影响布里渊散射的斯托克斯光和反斯托克斯光。本次研究所得可以为分布式光纤测量提供参考,为分布式光纤在测量微型形变的应用中有一定的促进作用。本次研究的创新点在于使用滑轮的方法,解决同等应力在分布光纤的不同位置作用效果。