基于光频域反射仪的光纤水听器探头结构形变研究

光纤水听器探头在深海静水压力下存在变形,这会影响其对水下声信号的探测性能,甚至会使探头失稳而无法在深海环境中继续作业。传统电学传感器因受限于尺寸和电磁干扰等因素,故难以被用于水听器探头的形变监测中。光纤光栅点式传感器的空间分辨率较低,故也无法对尺寸小的光纤水听器探头进行全分布式力学监测。为此,提出了一种基于光频域反射仪的高空间分辨率、高精度的光纤水听器探头形变监测方法。在实验中,光纤紧密缠绕在水听器探头的表面,采用自主研制的分布式光纤形状监测分析仪测量了探头形变产生的光纤瑞利散射光谱的波长漂移,并采用逆向积分的方法实现了探头形状的二维重构。研究结果表明：随着静水压力的增大,水听器探头直径逐渐缩小,并沿周向出现周期性凹陷;当静压力达到6 MPa时,三个周期性凹陷深度达到124μm。该实验研究结果与基于ANASYS的耐压性仿真结果相符。     

基于光频域反射仪的光纤分布式三维形状传感技术

光纤形状传感技术能够测量姿态、取向、径迹以及位置等三维空间信息,在精准介入医疗、变体飞行器以及连续体机器人等领域具有广泛应用前景。光频域反射仪具有高空间分辨率和分布式测量等特点,相较于光纤光栅的波分复用技术,在提高形状传感空间分辨率、形状重构精度以及传感长度等方面具有明显优势。在阐明光频域反射仪分布式应变传感原理的基础上,建立了弯曲形变与应变以及光纤瑞利散射光谱波长漂移之间的物理关系,同时构建了弯曲大小、弯曲方向以及挠率与空间曲线局域标架三个正交分量的数学关系,最后采用切向分量的线积分实现光纤三维形状重构。实验设计并制备了一种基于镍铬形状记忆合金丝与三根光纤束封装的形状传感器,其二维、三维形状末端的平均最大误差为传感器总长度的0.58%和3.45%。     

基于光频域喇曼散射的全分布式光纤温度传感器模型研究

分析了光频域喇曼背向散射(ROFDR)的理论模型,指出了它的局限性通过把玻色爱因斯坦因子作为温度的函数引入到分析中来完善光频域喇曼背向散射(ROFDR)的理论模型.相对于测试时间来说,温度对时间的变化率很小,认为近似不变,所以通过研究频域和时域的信号关系给出了υ域和z域间的变换关系最后给出了基于此模型的全分布式光纤温度传感器系统的仿真结果,并给出了对计算结果的误差修正公式,基于此得到的结果精度高于以前的报道.     

自适应量程的光频域反射光纤传感互相关算法

光频域反射(OFDR)技术是一种基于频域分析的光学检测技术,通过互相关算法可以实现高空间分辨率的分布式光纤温度、应变传感,在航天器、飞行器等的结构健康监测中具有重要的作用.普通互相关运算在OFDR光纤温度、应变传感解调算法中存在测量量程较小和计算量较大的问题,限制了OFDR的大量程应用和解调速率的提高.为此,提出一种自...     

基于光频域反射计的光纤分布式传感中光谱分辨率提升技术EI北大核心CSCD

为实现对飞行器结构高精度、高分辨率的健康监测,开展了对光频域反射光纤分布式传感技术的研究。介绍了瑞利散射光谱互相关分布式传感的原理,分析了传统互相关法中传感单元长度对光谱分辨率的限制因素,提出利用傅里叶插值法提高光谱分辨率的方法,并进行了实验验证。实验结果表明,采用所提方法可在长度为14.2m的单模光纤上实现传感单元长度为1cm、光谱分辨率为1.6pm的连续分布式传感。所提方法在高精度、高分辨率的短、中程健康监测领域具有广阔的应用前景。     

基于光频域反射差分相位解调的分布式折射率传感

提出一种基于光频域反射（OFDR）差分相位解调的拉锥光纤分布式折射率传感方法。首先,理论分析了差分相位解调方法的原理并仿真计算了相位随外界折射率变化的灵敏度特性。实验中利用平均去噪与小波平滑实现了340μm传感空间分辨率的分布式折射率传感解调,其中有效传感区域的长度为45 mm,相位与外界折射率变化的线性拟合度为0.997,各折射率下的最大标准差为0.0067 rad,灵敏度为1328.6 rad/RIU,接近仿真结果 1483.7 rad/RIU。与互相关解调方法相比,差分相位解调方法的线性拟合度与标准差均较优,且传感空间分辨率提升了10倍。这种基于差分相位的解调方式为实现微米级分布式生物传感提供了思路。     

分布式光纤喇曼温度传感器的循环解调法

为了抑制温漂噪声积累,瑞利背向散射光窜扰反斯托克斯背向散射光,考虑了最近测量瑞利背散射光曲线解调反斯托克斯背向散射光温度曲线方法,即循环解调方法;该方法提高了系统的测温精度、稳定性,降低了系统的成本.实验结果与理论分析一致,系统的测温精度达±0.05℃.     

采用单工循环编码解码的分布式光纤喇曼温度传感器

针对连续脉冲编码解码技术在分布式光纤喇曼温度传感器应用中出现被测光纤非线性峰值阀值光功率变低、编码过程较复杂等问题,提出了一种将光脉冲码均匀分布在整条被测光纤的单工循环编码解码技术和应用方案,并在27km单模系统中与传统单脉冲技术系统做了对比实验.结果表明:相比连续编码解码技术,单工循环编码解码技术不仅保持了编码解码技术相对于传统单脉冲技术的信噪比改善能力,而且有效地提高了光纤的非线性峰值阀值光功率.在编码时只需循环发送一组码,就可使系统的信噪比和测量距离获得极大的提高.采用211位循环编码解码技术的多模系统经16万次重复测量后,可在25km处获得±1.5℃的温度不确定度,空间分辨率为3m.     

采用智能温度补偿电路的分布式光纤喇曼温度传感器

采用一种智能温度补偿电路对雪崩光电二极管的反偏电压进行温度补偿,抵消环境温度对雪崩光电二极管的影响,从而大大降低了系统的温度漂移.采用该温度补偿电路的系统可在0℃到60℃的环境温度范围内将温漂引起的测量偏差控制在±0.1℃之内.和传统的恒温装置相比,采用该温度补偿电路可有效地降低系统的功耗和成本.相对采用热敏电阻的温度...     

采用智能温度补偿电路的分布式光纤喇曼温度传感器

采用一种智能温度补偿电路对雪崩光电二极管的反偏电压进行温度补偿,抵消环境温度对雪崩光电二极管的影响,从而大大降低了系统的温度漂移.采用该温度补偿电路的系统可在0℃到60℃的环境温度范围内将温漂引起的测量偏差控制在±0.1℃之内.和传统的恒温装置相比,采用该温度补偿电路可有效地降低系统的功耗和成本.相对采用热敏电阻的温度补偿电路,该温度补偿电路的温度补偿线性更好,补偿系数设置更灵活.     

基于变脉宽光源的分布式光纤拉曼温度传感器研究

提出了在分布式光纤拉曼温度传感器中,采用可变脉宽光源实现双功能温度监测的方法.采用窄脉冲获得高空间分辨率进行峰值温度监测,再改用宽脉冲获得高温度分辨率进行平均温度监测,可以兼顾不同测温环境对高温度分辨率或高空间分辨率的不同使用要求.结果表明,与采用固定脉宽光源的传统方法相比,采用可变脉宽光源可以在获得相同温度分辨率的前提下,降低了系统进行平均温度监测的测量时间.     

基于相干光时域反射计的光纤温度传感测量

  研究了基于相干光时域反射计的光纤传感技术,分析了基于相干光时域反射计的分布式温度传感机理.根据传感系统的组成和原理,建立了仿真模型,利用MATLAB对传感系统的性能进行了仿真与分析,结果表明基于相干光时域反射计的传感系统可以达到温度测量分辨率为0.01 ℃,空间分辨率为1 m的性能指标.     

Improved Uncertainty of Optical Frequency Domain Reflectometry Based Length Measurement by Linearizing the Frequency Chirping of a Laser Diode

Length resolution of optical-frequency-domain-reflectometry (OFDR) is improved by reducing the chirping fluctuation of a laser diode. The fluctuation is detected as the frequency deviation of a beat signal from a reference interferometer, which is used as the control signal for servo-control of the laser diode (LD) drive current. As a result of the effective chirping stabilization, chirping span limited-resolution is achieved. In addition, use of a block gauge as the path difference of the reference interferometer enables the OFDR system to improve accuracy of the length as well as the resolution.     

基于喇曼散射的分布式光纤温度传感器的温度修正

结合基于喇曼散射的分布式光纤温度传感器的基本原理及温度解调过程,研究和分析了温度测量产生误差的主要原因.采用拟合修正的方法来解决斯托克斯光和反斯托克斯光传输损耗差异以及光纤弯曲、应力等附加损耗对系统的影响;采集光纤起始端同一位置3个不同温度的信号值求解非线性方程组,实现了对探测器暗电流引起的测量误差的修正.实验结果表明:经过修正的传感器在900m位置的温度测量误差平均值从8.0℃降到0.37℃,整条光纤的温度测量误差平均值≤±0.6℃.     

光纤通信系统中色散与自相位调制作用下的频域传递函数

由基本物理过程出发,导出了数字或模拟强度调制光通信系统中,包含光纤损耗,色散和自相位调制综合作用下的光功率频域传递函数,由此得到了任意功率波形在传输过程中的演化表达式及各项的物理意义,结果表明,自相位调制导致的功率变化在低频部分与调制频率的平方成正比,在高频部分则与调制频率的平方的正弦成正比。解析公式与数值模拟结果在小调制信号下相符得很好,特别适用于计算非线性效应对系统噪声的影响以及诸如双边带和单边带微波调制光通信系统等情况;在诸如非归零码的大调制信号下,本文公式仍能正确地表示传输后的波形,对系统设计和分析有指导意义。     

激光拉曼型分布光纤温度传感器系统

激光拉螺型分布光纤温度传感器系统是一种用于实时测量空间温度场分布的光纤传感系统，在系统中光纤既是传输媒体也是传感媒体。本文讨论了系统的工作原理、设计思想、系统的结构，在系统中采用光纤的光时域反射技术，背向光纤激光自发拉曼光谱技术，双波长、双通道光电检测和自校正技术，高速瞬态采样平均技术。     

Optimal Design of a Distributed Optical Fiber Temperature Sensor system Based on Raman Back-scattering

1　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　Ｐｅｏｐｌｅｆｏｃｕｓｔｈｅｉｒａｔｔｅｎｔｉｏｎｏｎｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｅｎｓｏｒｓｙｓｔｅｍｓｂｅｃａｕｓｅｏｆａｖａｒｉｅｔｙｏｆａｄｖａｎｔａｇｅｓ ,ｓｕｃｈａｓｅａｓｅｔｏｉｎｓｔａｌａｎｄｍａｉｎｔａｉｎ,ｉｍｍｕｎｉｔｙｔｏｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ (ＥＭＩ) ,ｓａｆｅｔｙｉｎｈａｚａｒｄｏｕｓｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ.Ｔｈｅｓｅｆｅａｔｕｒｅｓ…     

基于全偏振态检测的悬挂式光纤电压传感器(英文)

针对现有光纤电压传感器结构复杂、调整难度大、温度稳定性差、光功率损耗大及电压引入不便等问题,提出一种基于全偏振态检测且无需起偏器与检偏器的光纤电压传感器.传感器只含有自聚焦透镜、Bi4Ge3O12晶体以及全反射镜等3个主要元件,器件少,结构简单,对准较容易.介绍了全偏振态检测系统光路,采用分振幅法检测偏振态,具有快速响应、算法简单等优点.计算得出了偏振态、离线电场与被测电压之间的公式.进行了悬挂式高压试验,试验中的传感器上无电极,也无需接地,不但省去了昂贵的绝缘子,而且增大了传感器的量程.试验结果表明,在室温条件下0~10kV工频交流电压范围内,该传感器具有良好的线性关系,证明了该结构的可行性.     

基于光学异常透射现象的光纤传感器的设计与研究

基于光学异常透射现象的光纤传感器,因其具有高度的近场增强效应和介电环境的高度敏感性等优点,在化学、生物医学等领域有广泛的应用前景。但是由于在光纤端面加工周期纳米结构需要复杂的工艺或者昂贵的微加工仪器,限制了基于光学异常透射现象的光纤传感器的发展。针对这一问题,提出了模板转移法在光纤端面加工金属周期纳米结构,并搭建实验系统对应用该方法制作的光纤传感器的传感特性及其物理机理进行了研究。实验结果表明,模板转移法能够很好地完成在光纤端面加工高质量的周期金属纳米结构。应用该方法制作的光纤传感器具有很好的传感特性,传感器的最高灵敏度达到594.45 nm·RIU-1,品质因数值达到33.12。