红外与激光工程
2022, 51(10): 20220549
Author Affiliations
Abstract
1 S.C. NanoPro START MC S.R.L., Bucharest 033091, Romania
2 Center for Surface Science and Nanotechnology, University Politehnica of Bucharest, Bucharest 060042, Romania
3 Academy of Romanian Scientists, Bucharest 050094, Romania
We use distributed fiber optic strain sensing to examine swelling of the fiber’s polymer coating. The distributed sensing technique that uses unmodified low-cost telecom fibers opens a new dimension of applications that include leak detection, monitoring of water quality, and waste systems. On a short-range length scale, the technology enables “lab-on-a-fiber” applications for food processing, medicine, and biosensing for instance. The chemical sensing is realized with unmodified low-cost telecom optical fibers, namely, by using swelling in the coating material of the fiber to detect specific chemicals. Although generic and able to work in various areas such as environmental monitoring, food analysis, agriculture or security, the proposed chemical sensors can be targeted for water quality monitoring, or medical diagnostics where they present the most groundbreaking nature. Moreover, the technique is without restrictions applicable to longer range installations.
Chemical sensing distributed fiber optic strain short range sensing Brillouin optical time domain analysis Photonic Sensors
2022, 12(2): 99
1 国网青海省电力公司 信息通信公司，西宁 810008
2 中国电力科学研究院有限公司，北京 100192
3 国网新疆电力有限公司 信息通信公司，乌鲁木齐 830002
为研究长期运行光纤复合架空地线(OPGW)的应变性能，使用高精度的分布式光纤传感监测设备布里渊光时域分析仪(BOTDA)对新缆和不同覆冰环境下的旧缆进行应变监测，对比分析了OPGW光缆内光纤的布里渊频率在长期外界环境作用下的变化。试验结果表明，运行时间和覆冰等级是影响OPGW光缆内光纤应变性能的主要因素。
光纤复合架空地线 布里渊光时域分析仪 应变 布里渊频率 覆冰 optical fiber composite overhead ground wire Brillouin optical time domain analysis strain Brillouin frequency icing
1 太原理工大学新型传感器与智能控制教育部与山西省重点实验室, 山西 太原 030024
2 太原理工大学物理与光电工程学院, 山西 太原 030024
为了提高布里渊光时域分析(BOTDA)传感系统的测量信噪比(SNR),提出了一种基于局部均值分解的降噪算法。首先,自适应地将BOTDA传感系统采集的信号分解为具有真实物理意义的乘积函数(PF)分量。然后,通过计算信号能量在空间各尺度上的分布情况,重构含有信号能量的PF分量,得到降噪后的信号。为了进一步提高算法的降噪性能,引入切比雪夫数字带通滤波器,将分解的PF分量在频域内进行滤波并重构。实验结果表明,相比原始信号,用本算法降噪后的信号SNR至少提升了10 dB,为传感系统提供了一种简单有效的降噪方案。
光学学报
2021, 41(13): 1306009
1 西南交通大学物理科学与技术学院，四川 成都 610031
2 国防科技大学气象海洋学院，湖南 长沙 410073
3 西南交通大学信息科学与技术学院，四川 成都 610031
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并分析了其在BOTDA传感系统温度提取中的应用和优势。最后，对未来的研究进行了展望。
激光与光电子学进展
2021, 58(13): 1306022
1 太原理工大学新型传感器与智能控制教育部重点实验室，山西 太原 030024
2 太原理工大学物理与光电工程学院，山西 太原 030024
基于布里渊光时域分析（BOTDA）的分布式光纤传感系统可以实现温度、应变等参量的测量，同时具有超长传感距离、高空间分辨率和高精度等优势，已广泛应用于基础设施、航天工程等领域中的结构健康监测。然而，BOTDA传感系统存在温度和应变交叉敏感问题，导致温度和应变的变化在测量过程中难以区分，严重制约了系统传感监测能力。针对该问题，分别介绍了基于参考光纤、光栅辅助、多参数辅助、特种光纤、双波长传感、拉曼/瑞利散射辅助以及神经网络共7种方法，并对其进行分析比较，旨在为光纤传感领域中解决交叉敏感的研究与应用提供参考。
激光与光电子学进展
2021, 58(13): 1306021
1 哈尔滨工业大学航天学院可调谐激光技术国家级重点实验室, 黑龙江 哈尔滨 150001
2 睿科光电技术有限公司, 辽宁 鞍山 114000
3 国家电网有限公司信息通信分公司, 北京 100761
光纤复合架空地线(OPGW)故障频发的原因与光缆局部受到的应力有直接关系,为了实现对OPGW光缆的在线应变监测,搭建了长距离布里渊光时域分析(BOTDA)和布里渊光时域反射(BOTDR)系统,并对重覆冰区域运行年限超过15年的在运95.14 km OPGW进行了应变检测和分析。通过对同一段光缆的对比测量,结果表明:BOTDA系统具有更长的测量距离、更高的空间分辨率与更高的测量精度,能准确辨别引下线并识别零应变参考点,可以实现温度和应变信息的准确分离。在两个站点的距离超过BOTDA系统的测量量程时,可以使用BOTDR系统从光缆两端分别测量以覆盖全部光缆。同时,BOTDR系统展现出单端测量的优势,在断纤故障发生时,BOTDR系统可不影响断点之前的线路测量。在同一条OPGW光缆线路上通过多维度的对比,分析了两种技术在OPGW光缆监测中的优劣势,为分布式光纤传感技术在电力系统中的应用提供参考。
光纤光学 布里渊光时域分析 布里渊光时域反射 光纤复合架空地线 光学学报
2020, 40(15): 1506001
西南交通大学信息光子与通信研究中心, 四川 成都 611756
在格雷编码布里渊光时域分析(BOTDA)传感器中,采用随机扰偏技术,不仅会在消除强偏振牵引效应时引起传感信号信噪比恶化,同时也会引入较强的偏振随机噪声(PRN)而降低传感信号的测量准确度。通过仿真分析和实验研究,证实了偏振随机噪声对传感信号的影响,并基于布里渊相移谱抑制了偏振随机噪声,实验结果表明该方法可使传感准确度提高3倍。
光通信 分布式光纤传感 布里渊光时域分析
1 广东电网有限责任公司江门供电局，广东江门529000
2 武汉康普常青软件技术股份有限公司，湖北武汉430073
针对分布式光纤应变传感中温度补偿问题，通过温度补偿光缆测得只与环境温度相关的布里渊频移。划分温度区段，对每一单独温度区段内的应变光缆的布里渊频移进行分析。基于在温度相同的不同时段，应变光缆的布里渊频移变化量只与应变相关的原理，构造出划分温度区段的温度补偿方法，在每个温度区段温度变化很小，基本不引起布里渊频移发生变化，可以独立分析应变，并给出了计算流程图。通过工程实例展示了该方法能在较大的温度变化范围内有效地进行温度补偿，实现温度和应变在测量中的解耦，准确测量应变。
分布式光纤应变传感 布里渊频移 温度补偿 划分温度区段 布里渊光时域分析仪 distributed fiber optical strain sensing Brillouin frequency shift temperature compensation temperature domain diving BOTDA（Brillouin optical time-domain analysis）
华北电力大学电子与通信工程系, 河北 保定 071003
为提高布里渊光时域分析(BOTDA)系统的信噪比,减少累计平均次数,改善实时性的同时保障测量精度,提出了基于Armijo线搜索的BOTDA散射谱图像降噪算法。该算法从能量扩散的角度利用偏微分方程的各向异性保证降噪图像具有良好的边缘保持特性,基于图像的局部特征提高了传感系统的测量精度。运用Armijo回溯线搜索法自适应选取最速下降步长,对256次累计平均的BOTDA实验数据进行降噪处理,只需两步迭代,即可达到最佳降噪效果,有效减少了数据采集时间,提高了系统的实时性。
光纤光学 布里渊光时域分析 散射谱 图像 Armijo线搜索 降噪
