1 南京大学智能光感知与调控技术教育部重点实验室，江苏 南京 210023
2 华中科技大学光学与电子信息学院，湖北 武汉 430074
3 北京交通大学信息科学研究所，北京 100044
4 之江实验室光纤传感研究中心，浙江 杭州 311100
5 重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室，重庆 400044
6 天津大学精密仪器与光电子工程学院，天津 300072
7 中国电力科学研究院有限公司，北京 100192
8 中国煤炭地质总局勘查研究总院，北京 100039
9 中油奥博（成都）科技有限公司，四川 成都 611731
10 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所光子器件与材料安徽省重点实验室，安徽 合肥 230031
11 齐鲁工业大学（山东省科学院），山东省科学院激光研究所，山东 济南 250104
12 厦门大学航空航天学院，福建 厦门 361005
13 上海交通大学电子信息与电气工程学院，区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室，上海 200240
14 北京理工大学光电学院，信息光子技术工信部重点实验室，北京 100081
15 电子科技大学光纤传感与通信教育部重点实验室，四川 成都 611731
16 兰州大学土木工程与力学学院，甘肃 兰州 730000
我国大型基础设施的建设规模已多年位居世界之首，分布式光纤传感技术（DOFS）作为大型基础设施健康状态实时监测最有潜力的技术，近年来得到了迅速发展。针对DOFS在技术和应用的突破上面临的挑战，在介绍DOFS各技术基本工作原理、发展历史、现状以及典型应用原理和方案等的基础上，对其工作新机理、系统设计方案、研究发展方向等进行了阐述和讨论。
光纤光学 分布式光纤传感技术 光时域反射仪 光频域反射仪 干涉型分布式光纤传感
1 合肥师范学院物理与材料工程学院，安徽 合肥 230601
2 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所光子器件与材料安徽省重点实验室，安徽 合肥 230031
3 合肥师范学院电子信息系统仿真设计安徽省重点实验室，安徽 合肥 230601
为了减小拉曼散射光波长相关损耗、光电探测器附加噪声及散射光中的瑞利噪声对分布式光纤温度传感器测温误差的影响，通过分析分布式光纤温度传感系统的解调原理提出了一种反斯托克斯光降噪方法。将光纤按照环形结构铺设，以每次测量的反斯托克斯光信号中菲涅耳反射峰后的基底噪声平均值作为动态本底噪声，利用两段处于不同温度的光纤消除动态本底噪声后的瑞利噪声。反斯托克斯光降噪解调法从原理上避免了参考斯托克斯光引入的测温误差，消除了本底噪声和瑞利噪声导致的测温误差。实验结果表明，修正的分布式光纤温度传感系统的最大测温误差从5.4 ℃降低到0.6 ℃，测温准确度有明显提高。
光纤光学 分布式光纤传感系统 拉曼散射 环形结构 噪声抑制 测温误差 激光与光电子学进展
2022, 59(19): 1906003
红外与激光工程
2020, 49(6): 20190386
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所 光子器件与材料安徽省重点实验室, 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 合肥 230026
3 黄山学院 信息工程学院, 安徽 黄山 245041
采用相位敏感型光时域反射仪的分布式光纤传感系统对除尘器内滤袋进行实时监测.通过对光纤在除尘器滤袋内敷设方式的设计, 实现了对除尘器内滤袋的定位.对6种类型的破袋内光纤振动信号进行采集, 且当这些滤袋没有破损时, 对其光纤振动信号也进行采集.采用小波包分解法计算了滤袋内光纤振动信号的信息熵和相关系数, 并将两参数合并构成二维特征参量.分析了在不同的二维特征参量下, 好袋内光纤振动信号和破袋内光纤振动信号之间的特征差别.以类型3滤袋信号特征样本作为训练样本对反向传播神经网络进行训练, 然后对6种类型的滤袋信号特征样本进行识别, 结果显示该方法对6种类型的滤袋具有较高的识别稳定性, 且平均滤袋识别率分别达到96.2%、88.7%、98.4%、98.5%、98.5%、98.5%.
光纤光学 光纤传感 袋式除尘器 小波包分解法 反向传播神经网络 Fiber optics Fiber-optic sensing Bag filter Wavelet packet decomposition method Back propagation neural network
1 中国科学院合肥物质科学研究院, 安徽光学精密机械研究所, 光子器件与材料安徽省重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
3 电子元器件可靠性物理及其应用技术重点实验室, 广东 广州 510610
为了满足分布式光纤拉曼温度传感(RDTS)器对前级光源的需求,采用主振荡功率放大(MOPA)技术,研制了一台中心波长为1550 nm的全光纤脉冲激光器。激光器的光纤放大器分为两级结构,采用前向抽运方式。光纤脉冲激光器的输出峰值功率在0~10 W范围内可调,线宽为0.32 nm,信噪比大于25 dB,且输出光脉冲的脉宽、频率均可调节。使用自制的光纤激光器进行2 km基于拉曼散射的光纤分布式测温实验,解调的温度信号具有不大于±1 ℃的测量精度,并且测温周期最短可达1.31 s,满足实际运用需求。
激光器 全光纤脉冲激光器 主振荡功率放大 光纤放大器 光纤拉曼温度传感器 中国激光
2019, 46(11): 1101009
1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所光子器件与材料安徽省重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
3 电子元器件可靠性物理及其应用技术重点实验室, 广东 广州 510610
设计了一种基于频率补偿技术的高精度、高稳定度抽运激光器驱动电路,该驱动电路以深度负反馈系统的电流调节为内环,光功率反馈调节为外环,同时采用一阶人工分析与Tina SPICE仿真相结合的方法,对环路进行频率补偿,实现了抽运激光器的高稳定性控制。通过模拟比例积分微分技术控制驱动芯片,实现半导体制冷器的电流调节。所设计的驱动电路在自动电流控制模式下输出连续可调的电流,同时具有慢启动、防反向电流和过流保护等功能,输出电流长期稳定度可达0.04%。在自动功率控制模式下,激光器输出功率长期稳定度优于0.3%,控制线性度达0.9999,温控的长期稳定性优于0.0928%。实验结果表明,该驱动系统具有安全性高、稳定性好、使用方便等优点。
激光器 频率补偿技术 自动电流控制 自动功率控制
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所安徽省光子器件与材料重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
3 合肥水泥研究设计院, 安徽 合肥 230051
针对水泥生产行业中袋式除尘器破袋检漏定位问题,提出了基于分布式光纤振动传感的检漏定位方法。分布式光纤振动传感系统灵敏度高,可以检测到布袋破损后粉尘气流对光纤产生的微振动信号,以此判断布袋是否破损,并通过时域差分法来定位破袋。搭建了一套相位敏感型光时域反射仪(φ-OTDR),通过室内模拟得出该系统最大信噪比为10 dB,实际空间分辨率为23.7 m,同时验证了该系统能响应低频粉尘气流扰动信号。在现场平台实验基础上,结合支持向量机(SVM)算法对现场测试数据进行识别分类,平均破袋识别准确率可达97.8%。结合φ-OTDR分布式系统与SVM算法可有效解决袋式除尘器破袋检漏定位问题。
光纤光学 光纤传感 破袋识别 扰动检测 支持向量机
1 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院, 安徽 合肥 230026
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 安徽省光子器件与材料重点实验室, 安徽 合肥 230031
针对目前管道泄漏监测与安全预警技术的不足,提出了光纤布拉格光栅(FBG)振动传感的方法,搭建了管道振动信号实时监测系统,并在石油管道上进行了现场实验。通过对实验得到的时域信号进行初步分析,以及采用基于偏最小二乘判别分析法(PLSDA)的模式识别方法,可以对管道上的噪声、铁锹敲击、铁锤敲击、电钻钻孔信号进行有效区分,且信号识别正确率达到96%,得出FBG加速度振动传感器系统检测管道振动信号具有可行性的结论,为石油管道运输中存在的打孔盗油等破坏性行为的监测提供了可行方案,从而实现管道上振动信号的实时在线监测与科学管理。
光纤传感 FBG振动传感器 管道监测 信号识别 偏最小二乘判别分析法 optical fiber sensing FBG vibration sensor pipeline monitoring signal recognition PLSDA
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 安徽省光子器件与材料重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
以等截面悬臂梁为研究对象,分析了表面式封装工艺对光纤光栅传感器的应变传递特性的影响,推导了光纤光栅传感器所测应变与实际基体应变之间的关系,得到了应变传递率与平均应变传递率表达式。对影响平均应变传递率的参量进行了详细的仿真分析,结果表明为使光纤光栅能够真实地反映基体的形变,应选用剪切模量较大的物质作为中间层,减小中间层的厚度,增加中间层的长度和宽度,以提高平均应变传递率,减小测量误差。中间层厚度是影响封装结果一致性和重复性的最主要因素,而增大中间层长度和宽度,能有效地提高传感器封装结果的一致性和重复性。
光纤光栅 传感器封装 等截面悬臂梁 应变传递 中间层 fiber bragg grating sensor encapsulating uniform cantilever beam strain transfer intermediate layer
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所 安徽省光子器件与材料重点实验室, 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 合肥 230026
根据煤矿安全生产监控系统对测量甲烷浓度全量程高准确度的需要, 基于可调谐半导体激光吸收光谱技术, 设计了一种全量程一体化激光甲烷传感器.采用1 653.72 nm 分布式反馈半导体激光器作为系统光源, 单板电路实现激光器驱动、温度控制、信号调制与解调、浓度反演.为兼顾高测量准确度和大动态测量范围, 系统在低浓度时利用波长调制技术进行甲烷浓度在线检测; 当气体浓度大于阈值时, 自动切换到直接吸收检测技术.实验结果表明, 该传感器在浓度范围为0～5%内误差小于±0.06%, 在浓度范围为5～100%内误差小于真值的±6%, 响应时间约为15 s, 满足矿井实际测量需要.
激光吸收光谱 可调谐半导体激光器 直接吸收 波长调制 甲烷检测 Laser absorption spectroscopy Direct absorption Wavelength modulation Methane detection
