基于布里渊散射的分布式光纤传感技术的研究及进展

阐述了基于布里渊散射分布式的光纤传感技术的传感机理,简要介绍了基于脉冲技术的布里渊分布式传感技术(BOTDR,BOTDA)的基本原理及应用进展,并分析指出了其在空间分辨率等方面存在的问题.详细介绍了国内外学者在解决这些问题上提出的新的理论和实验研究方法(基于相关连续波的布里渊传感技术,基于相干探测-泵浦技术的布里渊传感技术以及自发布里渊散射和拉曼放大效应结合的布里渊传感技术)以及取得的进展.并对这些最新方案及其概况进行了评述,指出了仍然存在的问题并预测了未来的发展方向.     

布里渊分布式光纤传感技术进展及展望

布里渊分布式光纤传感技术是目前国际上传感器研究最活跃的热点课题之一.介绍了其传感机理,综述了多年来基于布里渊散射信号的分布式传感技术的研究动态和新进展,分别分析了布里渊时域反射计、布里渊时域分析技术、布里渊相关时域分析技术以及布里渊频域分析技术的基本原理和研究进展,介绍了目前该领域的最新研究成果.简述了需进一步开展的工作及研究方向,并对其未来发展方向进行了展望.     

光纤布里渊分布式温度应变同时传感研究进展

基于布里渊散射的光纤分布式传感技术可以实现对温度和应变的同时传感,如何解决温度、应变的交叉敏感问题是实现温度应变同时传感的关键.文章详细介绍了已报道的几种常见的实验方案,并对不同方案进行了比较分析,最后对未来的发展进行了展望.     

基于布里渊效应的连续分布式光纤传感技术

基于布里渊效应的光纤传感(BEOFS)技术具有长距离、高精度、连续分布式、多参量传感的独特优点,在介绍BEOFS技术的原理、发展现状以及重要应用领域的基础上,对实现长距离、高精度、快速分布式布里渊光纤传感的关键技术进行研究和探讨,给出了提高系统传感速度的方案.     

布里渊动态光纤光栅及其在分布式传感中的应用

基于受激布里渊散射的布里渊动态光纤光栅(BDG)是近几年提出的一项新技术,相比于传统的光纤光栅,具有读写分离、位置可调、光谱可调和快速重构等优势,是光纤通信及传感领域最活跃的研究热点之一,尤其是在分布式传感领域可同时获得高空间分辨率和高测量精度,打破了传统时域系统中声子寿命的限制。从技术发展脉络综述了BDG的研究现状与最新进展,重点介绍了基于BDG的分布式光纤传感技术与应用,并就目前该领域存在的主要问题以及技术发展的主要趋势进行了探讨。     

布里渊光相干域分析技术研究进展

布里渊光相干域分析(BOCDA)技术可以实现长传感距离、高空间分辨率和高速的分布式温度或应变传感,在大型结构健康监测、现代工业等领域具有广阔的应用前景。分别综述了正弦频率调制型BOCDA、相位调制型BOCDA和宽带光源型BOCDA近年来的研究进展,其中宽带光源型BOCDA包括基于放大自发辐射的BOCDA和本课题组提出的混沌激光BOCDA。对比了这些技术的优缺点,分析了BOCDA系统的性能,并对BOCDA技术的发展前景进行了展望。     

分布式光纤传感中布里渊动态光栅研究现状与发展趋势

在保偏光纤两端同一偏振方向上注入两束泵浦光,产生受激布里渊散射并激发出相干声波场,该声波场会对介质折射率进行调制,即形成布里渊动态光栅。利用该动态光栅可实现温度与应变高精度的分布式测量以及多参量的同时传感,并具有读写分离、光谱可调等优点。文章从原理上详细介绍了布里渊散射与布里渊动态光栅的产生原理,并对比分析了布里渊动态光栅在光纤传感方面的优势。针对现阶段布里渊动态光栅在布里渊光相干域与布里渊光时域中的应用进行详细综述,指出了各自的不足与改进后取得的进展。最后,对布里渊动态光栅在分布式光纤传感技术中的发展进行了总结与展望。     

基于机器学习的布里渊光时域分析传感系统温度提取研究进展

布里渊光时域分析(BOTDA)在分布式光纤传感系统中展现出独特的优势并得到了广泛的关注,对BOTDA传感系统的温度分布信息进行快速且精确的提取至关重要.随着机器学习算法的快速发展,其在BOTDA传感系统的温度分布信息的提取中展现出巨大潜力.首先,阐述了BOTDA传感系统温度测量的原理.接着,介绍了几种基于机器学习的算法...     

基于布里渊增益的单端分布式光纤传感技术

本文对基于布里渊增益的分布式光纤传感技术进行了理论分析 ,并针对一些特殊应用领域提出了一种能够以单端方式工作的新型传感结构。光纤端面的菲涅尔反射光和信号检测的时序控制在该结构中被应用 ,以实现温度或应变的测量。初步的实验也表明该方案是可行的     

光纤布里渊温度和应变同时传感系统性能分析

采用基于朗道比的微波外差检测技术的布里渊光时域反射传感系统,获得布里渊散射信号的频移和强度,可以精确地测量沿光纤长度的分布式温度和应变信息。此方法在同一条光纤线路上分别测量光纤的布里渊散射和瑞利散射,且使用布里渊频谱扫描对信号进行处理。给出了这种传感方案的实验系统,并在理论推导的基础上对其性能进行了分析,该传感系统可以获得1℃的温度分辨率和100uε的应变分辨率。     

布里渊光时域光纤传感中的快速测量技术

布里渊光时域光纤传感是一种连续分布式光纤传感技术,可广泛用于获取沿传感光纤的温度和应变等物理量分布。如何提高布里渊散射信号的测量和处理速度,以满足工程应用中的快速测量需求,是布里渊光纤传感领域研究者的主要关注点之一。文章通过分析传统布里渊光时域光纤传感系统的耗时来源,综述了近年来基于频率调制、功率谱测量、图像处理去噪和布里渊谱拟合方法改进等布里渊光时域传感中的快速测量技术研究进展。     

Low-Bandwidth Cost-Effective Brillouin Frequency Sensing Using Reference Brillouin-Scattered Beam

We propose a method that down-converts the electrical bandwidth for Brillouin frequency shift sensors with heterodyne detection without the need for any expensive instruments or a complicated system. We discuss the power and coherency of the stimulated Brillouin scattering light required for the reference fiber. We confirm that the frequency bandwidth measured with the proposed method is much lower (0.2 GHz) than that measurable with conventional heterodyne detection (11 GHz). Moreover, the proposed method can measure the dependence of the Brillouin frequency shift on temperature.      

一种LPFG浓度传感解调技术研究

采用F-P可调滤波器对长周期光纤光栅的某级透射谱进行波长扫描,借助探测器和示波器对信号光波在驱动信号周期内所形成的负脉冲间隔进行测量,实现信号解调.利用此系统对蔗糖溶液浓度从0到饱和进行测量,测得系统传感灵敏度的实验值为0.02 ms Lg~(-1).     

A Self-Disabled Sensing Technique for Content-Addressable Memories

A low-power content-addressable memory (CAM) using a differential match line (ML) sense amplifier is proposed in this work. The proposed self-disabled sensing technique can choke the charge current fed into the ML right after the matching comparison is generated. Instead of using typical nor/ nand-type CAM cells with the single-ended ML, the proposed novel nand CAM cell with the differential ML design can boost the speed of comparison without sacrificing power consumption. In addition, the 9-T CAM cell with disabled read-out circuit provides the complete write, read, and comparison functions to refresh the data and verify its correctness before searching. The CAM with the proposed technique is implemented on silicon to justify the performance by using a standard 0.13-$muhbox{m}$ complementary metal–oxide–semiconductor process. The energy consumption of the searching process is 1.872 fJ/bit/search.      

Signal Processing for Fibre-optic Distributed Sensing Techniques Employing Brillouin Scattering

As fibre optic distributed scattering sensing systems are providing innovative solutions for the monitoring of large structures, Brillouin-based distributed scattering sensing techniques represent a new physical approach for structures health monitoring, which seems extremely promising and is receiving most attentions. This paper comprehensively presents some methods of signal interrogation for fibre optic Brillouin-based distributed scattering sensing technology, especially establishes an accurate Pseudo-Voigt model of Brillouin gain spectrum and gives some results on spectrum analysis and data processing.     

基于一种高精度解调法的布里渊温度传感系统

针对采用瑞利散射和布里渊散射强度解调的分布式光纤布里渊温度传感系统中存在的系统温漂及光纤应力等噪声因素影响,提出了采用多个已知分段温度分布曲线来解调待测温度分布曲线,取其平均值作为测量值的新方法.系统实验表明,采用该解调法的分布式光纤布里渊温度传感系统能有效提高测温精度和稳定性,降低系统成本,系统的测温精度达到±0.07 K.     

BOTDA传感系统的布里渊频移提取方法研究进展

随着布里渊光时域分析(BOTDA)传感技术在许多大型基础工程设施安全监测中的广泛应用,对测量精度和实时性的要求日益提高.采用传统的最小二乘曲线拟合方式对布里渊散射谱进行布里渊频移提取,其测量结果的精度依赖于参数初始值的选取和噪声的影响,并且拟合算法的参数迭代求解过程增加了数据处理的时间,降低了工程实时性.文章综述了多种非线性参数优化估计的曲线拟合算法和基于神经网络的布里渊散射谱特征提取的混合优化算法,介绍了无需经过曲线拟合的互相关法(XCM)、深度学习法(DL)和亚像素级精度的重心提取算法(CDA),这些算法能适应更大的扫频步长,实时性更好.