刘迪仁[1]2005年在《长距离分布式布里渊散射光纤传感技术研究》文中指出布里渊分布式光纤传感器技术因其自身的优点和广阔的应用前景而成为目前国内外传感器研究的热点课题。本文在全面调研相关文献基础上,理论分析和数值模拟相结合,分析了脉冲光在25km光纤中的布里渊散射特性,建立了布里渊散射谱与光纤温度、应变和应变梯度等的调制解调关系,对布里渊分布式光纤传感器(B-DOFS)的测量原理、系统设计以及应变、应变梯度、温度等的长距离分布式模拟实验测量等方面作了较系统的研究。并在应变梯度对B-DOFS测量精度的影响、改善BOTDR系统性能的消偏振衰落技术等方面做了较深入的研究。本文的研究来源于国家863项目子课题“长距离海底管道分布式光纤传感技术”(G20020477),课题已通过863专家组验收,并评价为整体国内先进,部分国际领先水平。本文的主要贡献可归纳为: (1)采用了有效的数值分析模型和方法分析不同宽度的脉冲光注入普通单模光纤布里渊散射功率谱变化和阈值特性。对采用脉冲泵浦的布里渊分布式光纤传感器,其结果为系统设计中的参数优化提供了理论参考。 (2)为减小偏振失配对布里渊谱测量精度的影响,针对B-DOFS系统信号特点,首次提出了光时域分集消偏振技术(TDPD),并给出了较详细的理论分析和论证。不管布里渊散射信号光的偏振态如何随机变化,采用该技术可使接收信号对偏振态随机变化不敏感。将TDPD应用于B-DOFS系统中,对比采用该技术前后的实验统计结果表明,采用该技术后的接收信号功率幅度起伏要比采用前的小约4.2倍,实验验证了其改善系统性能的有效性。 (3)在建立布里渊谱参数与应变和温度的调制关系基础上,首次提出了采用加权最小二乘优化反演方法从布里渊散射谱同时解调温度和应变的分布,并给出了有特色的权系数确定方法。 (4)采用B-DOFS系统对25km传感光纤作了全分布式的应变、温度模拟实验测量,该实验系统目前空间分辨率可达7.5m、应变和温度的分辨率分别可达50με和3℃。另外,系统空间分辨率范围内应变梯度对布里渊谱测量影响的理论分析和数值计算结果表明,应变梯度增大不仅使布里渊频移随之线性增大,也会使后向布里渊散射谱峰值非线性降低,谱峰变得平坦。空间分辨率10m的100με/m应变梯度相对于零应变梯度,引起的布里渊频移测量误差增加2.04倍。并对大型梁结构应变梯度的影响作了模拟实验研究。
林微[2]2008年在《全光网络安全及防范技术研究》文中研究说明随着密集波分复用(DWDM)技术、掺饵光纤放大器(EDFA)技术和光时分复用(OTDR)技术的发展和成熟,光纤通信技术正朝着超高速、大容量通信系统的方向发展,并且逐渐向全光网络(All Optical NetwoNs)演进。而全光网络的透明性在改善网络性能的同时,也给网络的安全带来了一定的隐患,全光网络安全研究随着全光网络的发展成为新的研究课题。本文以全光网络安全及防范技术为研究课题,主要从网络物理安全和信息安全两个方面,展开对网络安全的研究。主要工作成果有:1)理论研究了全光网络的网络结构、关键光器件和关键技术。2)重点对全光网络现存的安全隐患进行了详细的分析,从物理光层安全和信息安全两个方面对全光网络的安全进行研究。物理安全方面,对全光网络光层的攻击方法及其相应的安全措施进行分析;信息安全部分,分析了全光网络的数字包封技术,并对光包进行加密时引入量子密码,对量子密钥的基本原理及量子密钥的分发协议在通信中遵守的原则进行详细的介绍。3)重点研究了光纤传感器在全光网络安全及防范技术中的应用,提出一种新型的光纤传感器模型。文中对现有的基于OTDR、OFDR传感原理、传感机制进行深入的研究,分析了现有的几种传感器的优缺点及其在全光网络安全防范措施中的应用,并针对系统的安全问题,提出自己的传感模型:在基于Brillouin和Rayleigh光频域背向散射的分布式光纤传感器模型的基础上,进行功能上的扩展使其同时测量分布式温度/应力和损耗,做到对网络的多方位安全监控。4)对模型中涉及到的已有的Rayleigh光频域背向散射功率表达公式进行理论研究及完善,并推导出Brillouin光频域背向散射信号功率表达公式,通过接收频域信号得到光纤的冲击响应函数,确定光纤损耗、温度/应力信息。论文最后还通过MATLAB对Rayleigh信道进行建模及仿真,仿真实验数据与理论值一致,表明了该防范措施的有效性。
张在宣, 金尚忠, 王剑锋, 刘红林, 孙忠周[3]2010年在《分布式光纤拉曼光子温度传感器的研究进展》文中指出研究和讨论了分布式光纤传感器系统的测温方法和原理,介绍了国内外的研究概况、存在的问题和当前的研究趋势,探索了新一代光纤非线性效应的光纤传感机理。提出了光纤非线性散射效应的融合原理,研究和设计了一系列基于光纤拉曼与布里渊散射的分布式光纤传感器,采用光纤色散与损耗光谱的自校正方法提高了系统的可靠性、空间分辨率和测温精度;采用脉冲编码调制光源,提高了系统的信噪比和测温精度。
耿军平[4]2002年在《全分布式光纤传感器系统研究》文中研究说明光纤传感器取代传统的传感器已是大势所趋，全分布式光纤传感器更是由于它测试范围大、精度高而赢得人们的青睐。本文以分布式温度和光纤微弯损耗为对象以光频域Rayleigh散射和Raman散射为基础研究了全分布式光纤传感器的测试平衡条件、模型和算法。 本文从理论分析和数据仿真两个方面研究了全分布式光纤传感器系统，主要内容安排如下： 第一章，介绍了本文的研究背景和全分布式光纤传感器的当前进展，指出了基于光频域散射的全分布式光纤传感器的优点。 第二章，分析了自发Raman散射理论模型和单个分子的自发Raman散射的功率。 第叁章，研究了自发Raman散射中光子所遵从的Bose-Einstein分布及其平衡条件，给出了光纤中两种光子布居概率ρ_S、ρ_(AS)和温度T看作位置z的函数的关系。 第四章，研究了基于自发Raman散射的多模阶跃光纤的全分布式温度传感器系统。 第五章，分别用两种不同的算法研究了基于自发Raman散射的多模梯度光纤的全分布式温度传感器系统。 第六章，研究了基于自发Raman散射的单模阶跃光纤的全分布式温度传感器系统。 第七章，研究了Rayleigh光频域背向散射理论模型，和基于该模型的全分布式光纤微弯损耗传感器系统。 第八章，研究了基于Rayleigh光频域背向散射和Raman光频域背向散射理论同时测量微弯和温度分布的全分布式光纤传感器系统。
周正仙[5]2009年在《分布式光纤温度传感器的设计和优化》文中提出分布式光纤传感技术于20世纪70年代末被提出。近几十年来,研究了不同机理的分布式温度测量系统,并在多个领域得以逐步应用。目前这项技术已成为光纤传感器技术中最具前途的技术之一。分布式光纤温度测量系统能在整条光纤的长度上,以距离的连续函数形式传感出被测温度随光纤长度方向的变化。分布式光纤温度传感器中的光纤既是传输介质又是传感介质,它还具有抗电磁干扰、防燃、尺寸小、对被测温度场的影响小等其它传感器无法比拟的优点。分布式光纤温度传感器所探测到的含有温度信息的喇曼后向散射光十分微弱,甚至完全淹没在噪声中。对反斯托克斯和斯托克斯后向散射光的消除噪声的水平直接关系到整个系统的测温精度,因此必须采用微弱信号检测技术。本文对分布式光纤温度传感器进行了较全面的理论分析与实验研究,主要工作如下:(1)对光纤喇曼散射进行分析,研究喇曼散射与光纤所处环境温度的关系,进一步确定实际应用中反斯托克斯光与温度的关系,对分布式光纤温度传感系统的设计具有重要的指导性意义。(2)从系统信噪比、温度灵敏度和工作稳定性等几个方面综合考虑系统工作的中心波长。(3)设计了一种性能优越的激光脉冲驱动电路,对激光脉冲的形状、宽度进行有效的控制,为提高分布式光纤温度传感系统的性能提供了保障。(4)针对分布式光纤温度传感系统信号的特点,对系统的各部分的设计进行分析和研究。(5)研究了系统的空间分辨率,得出提高空间分辨率的方法。(6)研究了系统的温度分辨率,得出提高温度分辨率的方法。(7)研究了系统的稳定性,得出提高系统稳定性的方法。
张在宣, 李晨霞, 余向东, 张文生, 金尚忠[6]2010年在《基于光纤非线性效应融合原理的全分布式光纤传感技术研究》文中认为分布式光纤温度传感器采用光纤拉曼散射效应测温,传感器所用的光纤既是传输介质又是传感介质是一种本征型的光纤传感器,它是—种光纤测温网络,也是一种光纤测温雷达系统。本文研究和讨论了分布式光纤拉曼放大器中背向瑞利散射和布里散射的放大效应,在放大器泵浦功率为800mw时,背向瑞利线的饱和增益达23dB,斯托克斯布里渊散射线的饱和增益达50dB,在此基础上,研究和讨论了光纤非线性散射效应的融合原理,研究和设计了一系列基于光纤非线性散射效应融合原理的新一代光纤传感器件,本文讨论了新一代的布里渊光时域分析器和集成分布式光纤拉曼放大器的超远程分布式光纤拉曼、布里渊散射光子传感器。
孙苗[7]2017年在《分布式光纤温度传感系统性能优化及火源定位方法研究》文中提出分布式光纤温度传感(DistributedTemperature Sensor,DTS)是一种对沿光纤方向温度场分布进行实时连续测量的技术,被广泛应用于仓储、油气管道等大型基础工程设施的安全健康监测中。DTS系统主要基于拉曼散射的温度效应进行温度测量,结合光时域反射(Optical Time Domain Reflectometer,OTDR)技术对光纤各点的位置实现定位,从而得到光纤沿线的各点的温度信息。火灾预警技术,作为安全健康监控技术的重要组成部分,为火灾的早期发现提供了有力的保障,能够有效避免火灾的灾难性后果。论文针对DTS系统的性能优化方法和基于DTS系统的火源定位方法进行了深入研究,主要包括以下几个方面的内容:首先,叙述了 DTS系统中拉曼散射原理和实现温度定位的OTDR技术原理,并分析比较了 DTS系统的叁种温度解调方法。其次,搭建了 DTS实验系统,分析了系统的性能指标;针对空间分辨率影响测温误差的问题,提出线性拟合法将系统的空间分辨率从5m提高到1m,有效地减小了温度测量误差。使用环形结构的DTS系统消除了斯托克斯拉曼散射光和反斯托克斯拉曼散射光的衰减系数不同的影响,针对波分复用器隔离度不足引起的拉曼散射光中含有部分瑞利噪声的问题,通过预先标定的方法扣除瑞利噪声来解调温度,有效地提高了系统的测温准确度。最后,基于封闭空间内的温度场分布特点,结合传感光纤容易布线,可长距离温度实时测量的优点,提出了双光纤平行结构和垂直结构的火源定位方法。针对双光纤平行结构火源位置坐标误差较大的问题,提出采用滑动平均的方法在一定程度上减小了火源位置坐标的误差;为实现火源定位的可视化,提出了分区域计数法,结合叁次样条插值,有效地减少了火源定位需要的时间。双光纤垂直结构火源定位方法比较简单,容易操作。提出了温度曲线滑动平均法和峰值半宽度法修正了由不平坦隔热顶板引起的火源定位偏差,实现了快速准确的火源定位。
何俊[8]2010年在《分布式光纤传感系统关键技术研究》文中认为针对重大工程和基础设施的健康监测和诊断是一项贯穿整个工程生命周期的技术,从工程施工、运营管理一直到拆除都需要进行健康监测,利用无损伤的监测方式获得结构内部信息,了解结构因损伤或者退化造成的改变。结构健康监测的基础是传感单元,目前常用的传感元件限于监测距离、耐久性、精度等问题,已经成为阻碍健康监测技术发展的瓶颈。光纤传感技术因其敏感元件小巧、高耐久、绝对测量及分布式监测等特性,有逐步取代部分电类传感器成为传感健康监测首选敏感元件的趋势。虽然光纤传感器在传感领域优势明显,但在针对结构体构建分布式光纤传感系统过程中仍然存在一些难于解决的关键技术难题。本文以光纤传感技术为基础针对分布式光纤传感系统中的叁个关键技术——温度补偿技术,直接传感器设计方法和间接传感器设计方法,提出相应解决办法。分析准分布式、分布式监测系统中光纤Bragg光栅技术、布里渊光时域分析技术和拉曼光时域分析技术的温度应变耦合作用,提出一种基于ROTDR的准分布式FBG和分布式BOTDR应变监测系统的温度补偿方法,研究了多监测位置长距离监测系统温度补偿后应变灵敏度系数的计算方法及误差修正方法,并通过温度监测对比实验验证了该温度补偿方法的有效性。改进直接传感器设计方法。针对准分布式监测系统应变监测中传感器量程不够或精度有限的问题,提出一种适合多种结构形式的灵敏度系数可调(增敏减敏)的准分布式FBG应变传感器设计方法;同时在准分布式直接传感器研究基础上,研制适合油田井下应用的FRP加强型全分布式温度传感器和FRP封装全分布式应变传感器,得到0.5m的温度监测空间分辨率和1℃的温度监测精度,0.5m的应变监测空间分辨率和±20με的应变监测精度。探讨基于FBG的间接参量(除应变和温度外)的传感器设计方法。提出分别针对液体压力和固体压力监测的平膜片等强度梁式FBG液体压力温度一体化传感器和平膜片式土压力温度一体化传感器的设计方法,针对毫米级位移监测的温度自补偿FBG位移传感器的设计方法,研制样机,并进行相关性能实验,分别得到0.001MPa的液体压力监测精度,0.004MPa的土层压力监测精度和0.1mm的位移监测精度;在压力和位移传感器研究的基础上,针对具体桥梁桩基冲刷问题,研制两种基于FBG的适用于桥梁健康监测系统的桩基冲刷监测传感器,分别得到了3x10-6MPa的水流流压监测精度和0.1m的冲刷深度监测精度。在以上光纤传感系统关键技术研究的基础上,以油田井下参数监测为背景,针对石油行业油水井油套环空内温度难于分布式在线监测的问题,提出一种基于光纤拉曼光时域分析技术的油水井绝对温度监测方法,结合油田油水井工艺环境研制适合油套环空工况的分布式光纤拉曼温度传感器并将其应用于实际工程;分析石油行业油水井套管损坏问题的成因,提出一种基于光纤传感技术的在套管环空内布设传感器监测套管变形的新方法,综合应用FBG技术、光纤布里渊光时域分析技术与光纤拉曼光时域分析技术开发适合油田油水井应用的针对套管变形和套管环空压力的光纤传感监测系统,选取试验区块进行现场试验,对不同生产阶段套管的变形数据进行监测,结合油田已有成果,综合分析套管变形状态,以期预测套损的发生,进一步的分析有助于研究套损的成因。
魏良斌[9]2007年在《分布式光纤振动传感器系统软件设计及实现》文中提出光纤传感技术是上世纪70年代末随光纤和光纤通信技术的发展而迅速发展起来的一门新兴技术,代表了新一代传感技术的发展方向。随着现今军事、工业、民用等领域测量和自动控制系统的飞速发展,作为系统不可缺或的传感技术得到了越来越广泛的应用。它具有灵敏度高、动态范围大、工作频带宽、可集成、不受电磁干扰等突出优点和传统电子传感技术无法比拟的优势。在基于光强度、相位、频率、偏振态等多种形式调制的光纤传感技术中,相位调制型具有最高的灵敏度。分布式光纤传感实现了测量无“盲区”,从根本上突破了传统的单点测量限制,集传感与传输于一体,可实现远距离、大范围测量和监控,可实时、动态地获得被测量沿光纤在空间和时间上变化的信息。相位调制型分布式光纤振动传感器可实现连续高精度测量与定位,具有广阔的应用前景。本文从理论和实验两方面对相位调制型分布式光纤振动传感器做了一些研究和探讨,并在此基础上利用软件实现了对信号的处理及系统相关操作功能。主要内容包括:(1)分析介绍了光纤传感技术国内外发展现状和趋势;(2)分析比较了各种分布式光纤传感技术的原理及特点;(3)设计并介绍了基于马赫-泽德干涉原理的分布式光纤振动传感器系统;(4)介绍了系统数据采集原理并设计了基于LabVIEW数据采集模块;(5)设计并实现了基于LabVIEW软件技术的相位解调方法;(6)根据实际应用需要,采用LabVIEW软件设计编写了系统相关功能界操作界面;(7)通过对具体系统功能实现和运行效果的分析,对全文进行了总结和展望。最后得出结论:可通过软件方法实现对相位调制型分布式光纤传感器信号的恢复、分析和目标定位,达到了系统要求。
徐宁, 戴明[10]2015年在《分布式光纤温度压力传感器设计》文中提出为了实现油田井下温度压力的全分布式测量,提出了一种基于光纤散射原理的分布式温度压力测量方法。该方法通过对普通光纤进行封装设计,制作成传感光纤。由于光纤传感器周围流体的温度和压力会对传感光纤内的散射光产生调制作用,通过光纤解调仪解调出光纤拉曼散射参数和布里渊散射频移就能够实现温度和压力的实时在线测量。实验结果表明:设计的分布式光纤温度压力传感器可以实现的温度测量分辨率为0.1℃,压力测量分辨率为0.07 MPa。基本满足油田井下温度压力测量的全分布式、实时在线、可靠性高、精度高、抗干扰能力强等要求。
参考文献：
[1]. 长距离分布式布里渊散射光纤传感技术研究[D]. 刘迪仁. 浙江大学. 2005
[2]. 全光网络安全及防范技术研究[D]. 林微. 北京交通大学. 2008
[3]. 分布式光纤拉曼光子温度传感器的研究进展[J]. 张在宣, 金尚忠, 王剑锋, 刘红林, 孙忠周. 中国激光. 2010
[4]. 全分布式光纤传感器系统研究[D]. 耿军平. 西北工业大学. 2002
[5]. 分布式光纤温度传感器的设计和优化[D]. 周正仙. 上海交通大学. 2009
[6]. 基于光纤非线性效应融合原理的全分布式光纤传感技术研究[C]. 张在宣, 李晨霞, 余向东, 张文生, 金尚忠. 中国光学学会2010年光学大会论文集. 2010
[7]. 分布式光纤温度传感系统性能优化及火源定位方法研究[D]. 孙苗. 中国科学技术大学. 2017
[8]. 分布式光纤传感系统关键技术研究[D]. 何俊. 哈尔滨工业大学. 2010
[9]. 分布式光纤振动传感器系统软件设计及实现[D]. 魏良斌. 华中科技大学. 2007
[10]. 分布式光纤温度压力传感器设计[J]. 徐宁, 戴明. 中国光学. 2015
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