分布式光纤布里渊散射温度传感实验系统

提出一种基于布里渊光时域反射计法的分布式光纤布里渊散射温度传感系统.光源采用窄谱半导体激光器.声光调制器将光源调制成窄脉冲,并由高增益光纤放大器放大,产生高功率光脉冲信号,提高了自发布里渊散射信号的强度.采用双通马赫-曾德干涉仪将布里渊散射从瑞利散射中分离出来,在一段4.25 km长的光纤上进行分布式温度传感的实验研究.双通马赫-曾德干涉仪对瑞利散射进行了很好的抑制,得到了比较纯净的随温度变化的布里渊散射信号.     

基于多波长布里渊光纤激光器的温度传感特性

为了在高腐蚀、高辐射和强电磁干扰等复杂环境下实现对温度的精确测量,设计并实验了一种基于传感多波长布里渊光纤激光器(MBFL)和参考MBFL的高灵敏度全光纤温度传感器。理论和实验上分析了布里渊散射光的频移与温度变化之间的关系,根据输出斯托克斯激光信号对拍频所得微波信号的频移变化,测量温度的变化。通过带宽为0.1 nm的可调谐光滤波器选择第10阶斯托克斯激光信号对输出,并对其进行拍频探测,实现对传感MBFL周围温度变化的精确测量。通过拍频探测第10阶斯托克斯激光信号对,得出其灵敏度为10.829 MHz/℃。当选用第10阶斯托克斯激光信号对进行温度测量时,温度变化40℃的测量误差约为0.138℃。     

基于自发布里渊散射的双路分布式光纤传感器设计与实现

利用光纤中的布里渊散射光频移与温度和应变呈线性关系的原理,提出了一种基于自发布里渊散射的双支路分布式光纤传感系统。该系统利用不同种类光纤的布里渊频移差别,同时对两条线路的应力和温度进行监测,实现对被测对象多方位的同时测量,缩短了探测时间,提高了工作效率。本文实现了两路光纤的同时监测,用6 km的光纤作为传感介质,获得了4 m的空间分辨率。得到的实验结果表明,提出的系统能准确判断40 ns脉冲光在两路传感光纤沿线产生的自发布里渊背向散射光谱的中心频率变化。      

光子晶体光纤温度压力传感器

提出了一种在高温环境下同时测量温度和气压的光子晶体光纤温度压力传感器.在普通单模光纤和光子晶体光纤之间熔接一段空心光纤构成干涉结构.空心光纤段构成非本征法布里-珀罗干涉仪,利用光子晶体光纤的微孔与外界相通,通过气体折射率变化来测量环境中的气压变化;光子晶体光纤段构成本征法布里-珀罗干涉仪,利用热膨胀效应和热光效应来测量环境中的温度.传感器的解调通过自制的白光干涉解调仪实现,实验通过测量腔长得到被测环境的温度和气压.在不同温度和气压环境下,对腔长分别为306μm和1535μm的温度压力光纤传感器进行连续测量.实验结果表明,传感器能够在28~800℃的温度下和0~10 MPa的气压下稳定工作,测量范围内温度灵敏度可达17.4 nm/℃,压力灵敏度随温度增加而降低,在28℃时可达1460.5 nm/MPa.     

一种利用布里渊散射的光纤应变传感新方法

根据光纤中的布里渊散射附加频移与光纤所受的拉伸应变有关的特性,推导了附加频移与应变间的线性关系。在此基础上提出了利用光外差原理探测附加频移,从而实现应变探测的传感新方案,并分析了该方案能降低对激光源的线宽及频率稳定度要求之原因,给出了实验系统及实验结果。     

基于拉曼散射的光纤分布式温度测量系统的空间分辨力

基于自发拉曼散射的光纤分布式温度测量系统是一种真正的分布传感系统且已商品化。本文从光学的角度出发较详细地分析了此类系统的空间分辨力理论极限及其影响因素。分析表明， 对于一个１ ｋｍ 的多模系统， 若接收机的最小可分辨光功率优于３．５ ｐＷ， 则其在０～４００℃的范围内且温度精度为±１℃时的空间分辨力极限为２ ｃｍ ； 当接收机的最小可分辨光功率小于０．５ ｐＷ， 单模系统的空间分辨力极限优于对应的多模系统。因此， 把基于自发拉曼散射机理的光纤分布式温度测量系统用于短距离高分辨力的系统理论上是可行的。     

温度补偿式光纤光栅土压力传感器

针对现有土压力传感器无法实现长期、实时监测的要求,设计了温度补偿式光纤光栅土压力传感器。选用有硬中心的平膜片作弹性元件,选用灵敏度高、体积小、质量轻、易于波分复用和组成传感网络的光纤光栅作敏感元件;同时采用了不受力光栅法进行了温度补偿。经实验测试,该传感器的灵敏度为1.5 nm/M Pa;线性度误差为0.35%;重复性为0.06%;迟滞为2.19%;静态误差为2.21%;这些指标能够满足实际工程应用要求。     

孤子效应分布式光纤传感器的理论分析

针对目前分布式光纤传感器的优缺点，提出利用孤子效应的拉曼散射分布式光纤传感器系统构想。研究了高阶孤子对分布式光纤传感器的作用，对系统的性能参数进行分析，并在现有器件水平上分析了实现的可能性和存在的难点。     

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。     

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℃。     

Fabry-Perot optical fiber tip sensor for high temperature measurement

We propose a novel Fabry-Perot optical fiber tip sensor for high temperature measurement. The sensor consists of a short section of a special all-silica photonic crystal fiber spliced at one end to a silica single-mode fiber. Because of its all-silica structure, the sensor allows linear and stable measurements of temperature up to 1200 °C with a high sensitivity. The sensor is easy and inexpensive to fabricate and could find wide applications in mechanics, aeronautics, and metallurgy.     

新型分布式光纤拉曼光子温度传感器系统

讨论了2kmFGC-W2，10kmFGC-W10和30kmFGC-W30分布式光纤拉曼光子温度传感器系统的工作原理和系统的结构，介绍了国内外分布式光纤拉曼光子温度传感系统的研究现状，提出了分布式光纤拉曼光子温度传感器系统的发展方向。     

环境温度宽范围变化对光纤布里渊频移的影响

搭建了光纤布里渊频移测量系统,实现了色散位移光纤20 ℃到820 ℃布里渊频移的测量,并对测量数据进行拟合. 在环境温度大范围变化时,目前采用的布里渊频移-温度一阶线性关系式对测量数据分析误差较大,针对这个问题,本文从纯石英光纤的结构特点和材料的物性系数出发,在分析光纤的热膨胀系数、光纤密度、折射率、弹性模量和泊松比与宽范围温度关系的基础上,根据布里渊频移与各物性参数的关系式理论推导了宽范围温度变化与布里渊频移之间的二次项关系式. 理论推导结果与实验数据基本符合,验证了理论分析的正确性,从而为光纤宽范围布 关键词： 光纤 高温传感 布里渊散射 布里渊频移     

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.     

光纤光栅压力传感器的理论建模及实验研究

鉴于压力传感器为工业生产中压力监控的一种必不可少的设备,分析了光纤光栅中心波长与光纤光栅应变之间的关系,阐述了带有硬中心的圆形膜片受到均匀压之后,膜片中心的挠度与压力之间的数学关系。在此基础上设计了圆形膜片作为流体压力转化光纤光栅敏感物理量的元件,并结合辅助元件完成对光纤光栅传感器组装,建立了传感器输入输出之间的线性数学模型。通过实验验证传感器线性度和重复性,运用数学计算得出了光纤光栅压力传感器各项参数,灵敏度Km=-0.658 nm/MPa,初始波长0=1 578.441 nm,为后期传感器稳定性作好了铺垫。     

A new method to eliminate the influence of the backward defect infection and the position-dependent of the coefficient on distributed Brillouin fiber sensor

Two theoretical problems associated with the measurement of temperature or strain from the normalized power of Brillouin signal in a distributed fiber sensor are studied. One problem is the position-dependent of the coefficient relating the Brillouin power to the local temperature or strain. The other problem is the backward infection of the defect (local temperature or strain change). These two problems will degrade the measurement accuracy of a distributed Brillouin fiber sensor by changing the distribution of pump power. To eliminate these two problems, new reference functions are proposed to normalize the Brillouin signal. Simulation results by using fourth-order Runge-Kutta algorithm show that these new reference functions can eliminate the influence of these two problems on distributed Brillouin fiber sensor.     

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。