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。     

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。     

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.     

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。     

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℃.     

分布光纤喇曼光子传感器系统的一种解调方法

本文提出一种新的解调方法,在DOFRPS(分布光纤喇曼光子传感器)系统中采用Rayleigh散射OTDR(光学时域反射)曲线解调Raman散射OTDR曲线,提高了系统的测温灵敏度、测温精度,扩展了系统的功能,在2km光纤上可实时测量1000个点的温度、应力和压力;在系统中设置了光纤取样环,确定系统的修正系数,通过计算机进行实时修正,提高了测量稳定性,实验结果与理论分析一致,系统的测温精度达±1℃。     

光纤分子背向散射的温度效应及其在 分布光纤温度传感网络上应用 研究的进展

讨论了光纤分子瑞利(Rayleigh)背向散射精细结构谱和光纤分子喇曼(Ra man)背向散射光谱及其温度效应,以及在分布型光纤温度传感网络上应用研究的进展。     

Input Power Conditions for Distributed Fiber Optic Temperature Sensors in Raman Optical Time-Domain Reflectometry

The critical power of the input pulse in which spontaneous Raman scattering is not seriously disturbed by stimulated Raman scattering in a fiber optic temperature sensor has been investigated experimentally and theoretically. The critical power determines the critical distance, which is nearly equal to the distance where optical time-domain reflectometry (OTDR) signal of the stimulated Raman scattering becomes maximum. From this fact, a new method to determine the critical input power with the OTDR system has been proposed, which may be applicable to most distributed fiber optic temperature sensors. It has been determined that the critical power of the input pulse is 4 watts for an infinitely long silica fiber.Presented at the International Commission of Optics Topical Meeting, Kyoto, 1994.     

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.     

Accuracy enhancement in Brillouin scattering distributed temperature sensor based on Hilbert transform

The scattering optical signal of OTDR based Brillouin scattering distributed sensor is very weak and have a frequency width of several decades megahertz, so it is hard to perform the traditional analogue coherent demodulation. A novel optical coherent detection based on Hilbert transform is presented here. In detail, Brillouin backscattering light is coherent detected with the reference light, which is modulated by microwave electric optical modulator to produce frequency-adjustable light, then the detected photocurrent signal is demodulated by digital signal processing based on Hilbert transform, and at last the distributed sensing signal with better S/N ratio is gained, which can enhance the performance of the sensor. The simulation and experimental results of the detection method are given.