光子学报
2021, 50(11): 1106001
1 中电科仪器仪表有限公司,山东 青岛 266555
2 中国电子科技集团公司第四十一研究所,山东 青岛 266555
在布里渊光时域反射计(Brillouin Optical Time Domain Reflectometer,BOTDR)光纤传感系统中,自发布里渊后向散射信号非常微弱,尤其是光纤远端的布里渊散射信号,信噪比非常差,分析难度非常高。提出了一种基于互相关理论的布里渊谱信号质量提升方法,通过与理想布里渊散射谱进行互相关运算,降低了对光纤远端极微弱布里渊散射信号应变分析的难度。经试验验证,该方法可以有效提升信噪比较差时应变分布数据的信号质量以及BOTDR的应变传感精度。
分布式光纤传感 应变系数标定 光纤拉伸装置 布里渊光时域反射计 distributed optical fiber sensing strain coefficient calibration fiber stretching device brillouin optical time domain reflectometer
华北电力大学 电子与通信工程系, 河北 保定 071003
根据相干检测理论提出了一种基于多模法布里-珀罗激光器的光纤瑞利与布里渊散射自外差检测的布里渊光时域反射计传感系统, 分析了该系统提高光纤受激布里渊散射阈值和瑞利与布里渊散射自外差检测的原理, 推导出系统信噪比表达式, 分析了纵模数与布里渊谱峰值功率、谱宽和系统信噪比、温度及应变测量准确度之间的关系, 并进行了计算.结果表明, 选用纵模间隔为0.141 nm的多模法布里-珀罗激光器时, 随着纵模数的增加, 在25 km光纤末端系统信噪比、温度和应变测量准确度均得到了较大提升, 当纵模数为19时, 温度和应变测量准确度分别达到最佳值3.81 ℃和86.69με.
光纤光学 光纤传感 自外差检测 多模FP激光器 布里渊光时域反射计系统 信噪比 Fiber optics Optical fiber sensing Self-heterodyne detection Multi-longitudinal mode FP laser Brillouin optical time domain reflectometer Signal to noise ratio
1 华北电力大学电子与通信工程系，河北 保定 071003
2 华北电力大学信息与网络管理中心，河北 保定 071003
为了解决已敷设传感光纤中布里渊谱峰功率初值难以获取，基于频移和功率双参量的温度和应变区分测量误差大等问题，提出了解决方法。通过标定实验确定布里渊频移和相对谱峰功率的温度和应变系数、频移初始值; 根据布里渊散射功率特性方程，通过试探法，利用已敷设光路中温度和应变已知的参考光纤确定方程系数，建立了谱峰功率初始值; 利用归一化方法克服了传感系统中乘性噪声导致的测量误差; 利用谱宽变化消除了温度和应变突变点处的谱峰功率异常峰值; 最后，根据光纤复合海底电缆的现场情况建立了模拟光路，并进行了温度和应变测量实验。结果表明，在5.6 km处可实现±4.3 ℃和±110 με的测量精度，可实现已敷设传感光纤整条光路上的温度和应变区分测量，为工程应用提供了理论和实验依据。
温度和应变区分测量 布里渊光时域反射计 已敷设光纤 归一化 布里渊功率分布初值 distinguish measurement of temperature and strain Brillouin optical time domain reflectometer laid sensing optical fiber normalization initial Brillouin power distribution 红外与激光工程
2015, 44(10): 2952
1 华北电力大学 电子与通信工程系, 河北 保定071003
2 上海电缆研究所, 上海200093
3 国网浙江省电力公司 舟山供电公司, 浙江 舟山316021
为及时发现并判别光纤复合海底电缆的故障, 文章提出一种基于多尺度小波分析的海缆故障检测与诊断新方法。该方法先利用布里渊光时域反射计测量海缆中光纤的布里渊散射频移, 然后结合双阈值法对故障点进行检测和分析。对发生接地故障的数据, 用阈值法进行诊断; 对非接地故障, 则选用coif2小波基进行8尺度小波分解。研究结论表明, 利用小波分解高频系数尺度对空间距离的敏感性可有效诊断锚害和塑料护套局部放电引发的过热故障。同时, 在分析海缆故障特点的基础上, 通过建立海缆故障模拟数据验证了算法的有效性。
光纤复合海底电缆 故障检测与诊断 布里渊光时域反射计 小波分析 optical fiber composite submarine cable fault detection and diagnosis Billouin optical time domain reflectometer wavelet analysis
1 中国电子科技集团公司第 41研究所, 山东 青岛 266555
2 电子测试技术国家重点实验室, 山东 青岛 266555
在分布式光纤传感系统中, 由于生产厂家、材料、掺杂及生产工艺等的不同, 传感光纤的折射率、应变系数及温度系数等基本参量各有差异, 在投入使用前必须对其进行标定。提出了基于拉伸装置标定光纤应变系数的方法并系统地进行了误差分析。采用 G.652单模光纤, 针对不同初始长度进行了多次标定实验, 标定的应变系数在 0.050 2～0.051 2 (MHz/με)之间, 重复性好。通过 BOTDR验证, 实测应变值与理论计算结果吻合的得较好。实验结果表明: 该标定方法切实可行、易于实现, 既可用于对光纤传感系统的标定, 也能用于 BOTDR在生产过程中的应变校准。
分布式光纤传感 应变系数标定 光纤拉伸装置 布里渊光时域反射计 (BOTDR) distributed optical fiber sensing strain coefficient calibration stretching device Brillouin optical time domain reflectometer (BOTDR
1 南京大学 光通信工程研究中心， 南京 210093
2 南京发埃博光电科技有限公司, 南京 210046
将基于布里渊光时域反射计(BOTDR)的光纤传感技术引入高铁声屏障结构受损监测中。对立柱倾斜的受损情况进行分析，从理论上得出了立柱倾斜时，立柱顶部相对于初始位置的偏移量与BOTDR测得的光缆应变值之间的对应关系，利用该关系得出不同偏移量下系统的报警阈值。此外，报警阈值的大小也与立柱上光纤粘贴点的高度h相关，报警阈值随着h的增大而增大。同时，本文还搭建了实验系统，实验结果与理论计算结果相吻合。
布里渊光时域反射计 高铁声屏障 立柱倾斜 报警阈值 BOTDR railway acoustic barrier column tilt alarm threshold value
北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院 光电工程系, 北京 100191
分析了相干探测型布里渊光时域反射计（BOTDR）的信号特征及信号包络对其空间分辨率和布里渊频移测量精度等参数的影响，总结了幅度调制信号的数字包络解调算法模型和理想的数字包络解调算法的特性。根据广义谐波小波(GHW)的零相移理想带通滤波特性及通带参数可灵活设计的特点，提出了一种基于广义谐波小波变换（GHWT）的BOTDR的数字包络解调技术，设计了解调方案并进行了参数优化和实验研究。结果表明，与现有BOTDR数字包络解调技术相比，所提出的新技术能够无失真地提取BOTDR的信号包络并具有较强的噪声抑制能力，从而在不影响BOTDR的空间分辨率的情况下提高布里渊频移测量精度。最后，还根据解调算法的频域特性对实验结果进行了分析。
传感器 光纤传感 布里渊光时域反射计 广义谐波小波变换 包络解调
浙江大学 信息与电子工程学系,浙江 杭州 310027
对于普通单模光纤的自发布里渊散射光,其频移和光功率都是温度和应变的函数,因此检测散射光信号的布里渊频移和光功率,即可同时得到沿光纤一维分布的温度和应变。采用光相干检测的布里渊光时域反射计适合于长距离分布式传感,但存在检测信号的偏振相关性和幅度解调问题。采用偏振分集接收和小波分析对传感信号进行处理,同时得到了布里渊散射光的频移和功率,从而实现了25 km普通单模光纤的分布式双参量传感。
传感器 分布式光纤传感 布里渊光时域反射计 双参量 长距离
南京大学 光通信工程研究中心,江苏 南京 210093
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。
布里渊效应 连续分布式光纤传感 布里渊光时域反射计 布里渊光时域分析计 激光与光电子学进展
2009, 46(11): 14
