一种提高分布式光纤测温系统空间分辨率的线性修正算法

由于分布式光纤喇曼测温系统带宽不足,导致系统的空间分辨率低;当光纤的感温区域长度接近空间分辨率的时候,系统温度响应幅值不够,导致测温不准.为解决此问题,本文提出了一种线性修正算法;在分析温度与喇曼比值关系及系统的频率响应特性的基础上,建立了该算法的数学模型,搭建了基于单模光纤的10 km分布式测温系统,并利用该算法进行了相关测温实验.实验结果与理论分析一致,该算法能有效修正3~6 m光纤的温度响应幅值,使系统测温准确度达1℃,测量时间为40 s.本算法在不增加效系统成本的同时,克服了系统带宽不足,优化了空间分辨率、温度分辨率及测量时间.     

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.     

面向冰盖剖面的高空间分辨率分布式光纤测温系统设计

针对现有冬季冰盖垂直剖面温度检测技术的不足,设计了一种具有高空间分辨率的分布式光纤测温系统,介绍了系统的测量原理和总体结构,提出使用反卷积校正算法,避免了因受系统有限带宽影响而导致的测温不准,从而提升空间分辨率。同时进行了相关测温实验。该算法可以在保证温度测量精度的前提下,将系统的空间分辨率从1.3 m提升至0.5 m。设计了一种具有垂直高分辨率的温度测量装置,可以精确检测冰盖内部垂直方向上的温度变化,实现对冰盖厚度的识别。     

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.     

分布式光纤喇曼测温系统光接收机的动态范围及测温数据的修正

本文分析了分布式光纤喇曼测温系统光接收机的动态范围,由此可以直接计算分布式光纤喇曼测温系统的有效传感长度,并提出了测温数据的修正公式,可以改善光接收机的动态范围,提高测温光纤的有效传感长度.     

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.     

基于卡尔曼滤波的分布式光纤Raman测温系统

分布式光纤喇曼测温系统采用了线性逼近的方法进行温度解调,并通过灵敏度分析法获取了相应的线性解调参数。为了提高系统的精度,在信号累加平均去噪的基础上,采用了卡尔曼滤波的方法,通过对前一时刻的估计值与当前测量值的递推,实现了对存在测量噪声的温度信号的最优化估计,完成了对现场采集信号的实时更新和处理。实验验证了该滤波方案的可行性,随着外界环境温度的变化,测温系统能够得到合理的温度曲线,测量误差小于1℃。系统响应性良好,性能稳定,能够适应复杂的环境变化。     

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℃。     

一种新颖的宽带光纤喇曼放大器优化设计方法

介绍了一种新颖的宽带光纤喇曼放大器的优化设计方法.通过研究多波长后向泵浦光纤喇曼放大器的传输方程, 分两步来确定各泵浦波的频率及输入功率的大小.首先通过模拟煺火算法迭代出满足条件的泵浦波频率,然后利用平均功率分析方法,采用四阶阿当迭代方法计算出各泵浦波输入功率的大小,从而设计出具有较宽平坦增益带宽的光纤喇曼放大器.该算法是一种简单有效的优化方法.     

Pulsed and continuous-wave supercontinuum generation in highly nonlinear, dispersion-shifted fibers

Supercontinuum generation in a highly nonlinear, dispersion-shifted fiber at 1550 nm is discussed. Spectrum generation under both pulsed and continuous-wave conditions is considered. With a few meters of highly nonlinear, dispersion-shifted fiber and a femtosecond erbium fiber laser, an octave-spanning supercontinuum is demonstrated. Kilometer lengths of nonlinear fiber pumped by a continuous-wave Raman fiber laser are shown to generate a continuum with a bandwidth greater than 247 nm. A nonlinear Schrödinger-equation model is used to investigate the effect of varying the dispersion on the pulsed continuum and noise effects in the continuous-wave continuum. PACS 42.81.Dp; 42.65.Wi; 42.55.Wd     

Flat gain spectrum design of Raman fiber amplifiers based on particle swarm optimization and average power analysis technique

In this work, the modified particle swarm optimization is used as an optimization tool to determine the set of wavelengths and power levels of pumps that delivers a flat gain spectrum for Raman fiber amplifiers. The average power analysis technique is used as a numerical method to solve the coupled Raman amplifier equations. By combining the modified particle swarm optimization and average power analysis technique an efficient algorithm for the design of flat-gain-spectrum broadband Raman fiber amplifiers is constructed. Application of this algorithm to the design of flat-gain-spectrum broadband Raman fiber amplifiers shows that the design efficiency of the new method is improved by 1-2 orders of magnitude compared with similar implementations previously reported in the literature. A 4-backward-pump gain-flattened Raman amplifier with bandwidth of 100-nm and maximum gain ripple of <1.0 dB is designed to demonstrate the technique.     

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℃。     

Improving spatial resolution in fiber Raman distributed temperature sensor by using deconvolution algorithm

The deconvolution algorithm is adopted on the fiber Raman distributed temperature sensor （FRDTS） to improve the spatial resolution without reducing the pulse width of the light source. Numerical simulation shows that the spatial resolution is enhanced by four times using the frequency-domain deconvolution algorithm with high temperature accuracy. In experiment, a spatial resolution of 15 m is realized using a master oscillator power amplifier light source with 300-ns pulse width. In addition, the dispersion-induced limitation of the minimum spatial resolution achieved by deconvolution algorithm is analyzed. The results indicate that the deconvolution algorithm is a beneficial complement for the FRDTS to realize accurate locating and temperature monitoring for sharp temperature variations.     

基于双向拉曼放大的布里渊光时域分析系统

报道了一种基于双向拉曼放大的布里渊光时域分析系统(Brillouin optical time domain analyzer,BOTDA).利用双向拉曼抽运对信号光进行拉曼放大以补偿光纤损耗及布里渊抽运波的消耗,从而使光纤后端的测量分辨率得到改善,测量分辨率在整段传感光纤趋于一致,同时避免了调制不稳定性引起的频谱扩展,克服了传统BOTDA存在的信号强度指数下降的弊端,使传感精度得到进一步提高.实验实现了50 km传感距离, 温度分辨率达0.6 ℃,空间分辨率为50 m.实验测量并分析了基于双向拉曼放大的BOTDA信噪比和光功率分布特性. 关键词： 分布式光纤传感 受激拉曼放大 布里渊增益 布里渊光时域分析     

绝对探测大气温度的纯转动拉曼激光雷达系统

纯转动拉曼激光雷达是探测大气温度廓线的重要手段之一,其正常工作需要配置其他并行校正设备,制约其在气象及环境监测领域中的实用化进程.基于大气氮气分子的纯转动拉曼谱型对温度的依赖性,提出并设计了绝对探测大气温度廓线的纯转动拉曼激光雷达系统.系统采用波长532 nm且脉冲能量300 m J的激光激励源和口径250 mm卡塞格林望远镜的接收器,设计了衍射光栅和光纤Bragg光栅结合的多通道并行纯转动拉曼光谱分光系统;仿真分析氮气和氧气分子的纯转动拉曼散射谱线间关系,优化选择了6条氮气分子的纯转动拉曼谱线以直接反演大气温度,设计了两级滤光器间转接光纤阵列的结构;基于最小二乘原理推导了绝对探测大气温度的反演算法,并结合标准大气模型,分析了纯转动拉曼激光雷达绝对探测大气温度的探测性能.结果表明,所设计纯转动拉曼激光雷达系统可直接反演大气温度廓线,在测量时间17 min内,温度偏差小于0.5 K的探测高度达2.0 km.     

单模石英光纤受激拉曼散射温度特性研究

研究了在不同温度下单模石英光纤的受激拉曼散射光谱,从实验和理论上分析了温度对拉曼散射光谱特性的影响,在脉冲调Q倍频YAG激光的泵浦作用下,获得了石英光纤一级斯托克斯光的拉曼频移、带宽及光强随温度的变化规律。实验表明随着温度的升高,拉曼频移逐渐增大,在一定的温度范围内拉曼频移和温度成线性关系。在相同的泵浦功率作用下,当温度较低时,拉曼光谱的级次较低, 低温对高阶斯托克斯光有抑制作用; 温度越低其阈值越高;而拉曼光谱的谱线宽度随温度的变化不是线性的,存在一个谱线宽度极大值点。理论和实验表明温度对光纤受激拉曼散射的光谱特性有直接的影响。