1 武汉光迅科技股份有限公司，武汉 430205
2 光通信技术和网络全国重点实验室，武汉 430074
3 武汉邮电科学研究院有限公司，武汉 430074
4 中国移动通信有限公司，北京 100033
【目的】针对分布式光纤传感系统单跨传感距离受限问题，文章提出了基于远程泵浦光放大器（ROPA）遥泵技术的相位敏感光时域反射仪（φOTDR）分布式光纤传感系统。
【方法】采用偏振分集接收技术，获取彼此正交的偏振信号以解决偏振失配问题，分频带处理后抑制相干衰落与偏振衰落。应用高阶拉曼泵浦技术与级联遥泵放大技术，3个远程增益单元选取合适的增益介质长度，引入传输链路中适当位置，耦合远程泵浦单元发送的泵浦光与信号光使铒离子得到激励，实现信号光的无中继放大，解决了现有φOTDR单跨距传感距离不足的问题。
【结果】实验结果表明，采用同相正交（IQ）解调算法，压电换能器（PZT）加扰的100 Hz扰动信号可实现线性还原。
【结论】结果表明，文章所提系统可实现176.6 km超长单跨距振动信号传感，打破了现有φOTDR单跨距传感距离记录。前176 km振动曲线平稳且振幅低于0.4 rad，三维（3D）瀑布图中无扰动位置相对平稳，链路末端PZT加扰的扰动信号可准确感知。经快速傅里叶变换（FFT）处理后，100 Hz扰动信号的信噪比为8.9 dB。实验结果对于搭建超长跨距φOTDR传感系统提供了一定参考价值，对φOTDR系统的无中继超长距离传感发展具有一定意义。
分布式光纤传感技术 相位敏感光时域反射仪 远程泵浦光放大器 distributed optical fiber sensor technology φOTDR ROPA 光通信研究
2024, 50(2): 22007601
电子科技大学信息与通信工程学院光纤传感与通信教育部重点实验室，四川 成都 611731
提出一种基于多频优化分集（MFOD）算法的相位解调技术，搭建了环移多频相干光时域反射（MF-COTDR）系统，实验探究了MFOD算法对信号解调性能的提升效果。结果表明，MFOD算法不仅能够较好地还原相位信息，相较于传统的相位解调算法有超过9 dB的平均信噪比（SNR）提升，实现了33.3 pε/Hz1/2的最小应变分辨率。此外，通过实验验证了基于MFOD算法的MF-COTDR系统对不同频率振动信号的响应性能，实验结果说明该系统具有良好的线性响应能力。
光纤光学 分布式光纤传感 相位敏感光时域反射仪 相位解调
1 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
2 之江实验室光纤传感研究中心，浙江 杭州 311121
光脉冲编码（OPC）近年来在光纤声波传感领域备受关注，特别是将其与相位敏感光时域反射仪（Φ-OTDR）相结合的技术。通过对注入光纤中的探测脉冲进行编码，可在不增加脉冲峰值功率的情况下大幅提高传感信号的信噪比，同时避免了非线性效应的影响；在接收端解码后可获得单脉冲响应，系统空间分辨率由单个脉冲而不是整个探测脉冲序列的长度决定，从而在获得高信噪比传感信号的同时保持了空间分辨率。本文首先回顾了OPC在光纤声波传感领域中的发展历程；然后，重点介绍了本课题组基于OPC的分布式和准分布式声波传感研究进展，特别是在传感带宽提升方面的成效；最后，对基于OPC的光纤声波传感技术未来发展方向进行了探讨。
光纤传感 光脉冲编码 分布式声波传感 相位敏感光时域反射仪
1 武汉数字工程研究所信息电子部，湖北 武汉 430202
2 华中科技大学下一代互联网接入系统国家工程实验室，湖北 武汉 430074
相位敏感光时域反射仪（Φ?OTDR）已被广泛应用于周界安防以及轨道交通和管道监测等动态传感领域，进一步提升振动信号识别准确率对异常事件及时报警具有重要意义。针对长距离相干探测相位解调Φ?OTDR易受干涉衰落影响而导致误报率较高的问题，笔者提出了基于强度和相位信号混合输入的模式识别方法。所提方法使用多层感知模块提取强度信号中的衰落噪声特征，采用常规一维卷积神经网络作为对照模型。实验结果表明：使用强度和相位作为混合输入的模型对人工敲击、机械挖掘、人为行走和跳跃等4种事件的平均识别准确率可以达到98.8%，优于仅使用相位信号作为输入的一维卷积神经网络模型的平均识别准确率96.1%。采用强度信号辅助相位信号检测的模式识别方法可进一步提高Φ?OTDR的模式识别准确率。
光纤光学 光纤传感 相位敏感光时域反射仪 混合神经网络 模式识别 深度学习 中国激光
2023, 50(11): 1106003
1 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司昆明局, 云南 昆明 650300
2 东南大学光传感/通信综合网络国家地方联合工程研究中心, 江苏 南京 210096
针对特高压直流输电工程对控制与保护系统安全性的需求,基于相位敏感光时域反射仪(Φ-OTDR)对光纤链路微弱故障进行检测与定位。模拟了特高压直流输电工程控制保护系统的故障状态及环境信息,获得了Φ-OTDR系统底层时域背向散射的相位调制信息。对比分析了系统微弱故障分段、乘积分段信息熵定位算法对相同多类混杂信号的处理效果,结果表明,乘积分段信息熵算法在分段数为2时就能大大提升系统的信噪比,在采样周期数为100、40时系统对微弱故障的定位精度分别为±1.5 m、±2.0 m。
光纤光学 直流控保 相位敏感光时域反射仪 故障定位 信息熵 中国激光
2021, 48(20): 2006002
1 云南电网有限责任公司保山供电局, 云南 保山 678002
2 2. 重庆理工大学 智能光纤感知技术重庆市高校工程研究中心, 重庆市光纤传感与光电检测重点实验室, 重庆 400054
3 重庆理工大学 智能光纤感知技术重庆市高校工程研究中心, 重庆市光纤传感与光电检测重点实验室, 重庆 400054
4 电梯智能运维重庆市高校工程中心, 重庆 402260
为了有效监测氢气管道的氢泄漏, 该文提出了一种基于相位敏感光时域反射仪(Φ-OTDR)的准分布式氢泄漏实时在线监测系统。首先去除单模光纤包层, 接着在去除包层的光纤表面采用化学镀膜法镀上对氢气敏感的钯膜, 其次在钯膜表面涂上一层疏水溶胶, 然后将涂覆有疏水溶胶的氢敏光纤安装在聚四氟乙烯槽中, 最后采用Φ-OTDR分布式氢传感系统对氢气管道氢泄漏进行监测。结果表明, 光纤Φ-OTDR分布式氢传感系统能准确地对氢气管道周界氢浓度的微小变化做出快速响应, 响应时间为60 s, 位置分辨率达到50 mm, 氢气浓度检测下限达到1 000×10-6。研究结果表明, 基于光纤Φ-OTDR的测量系统能对长距离、大范围内的氢气管道氢泄漏进行准确检测。
相位敏感光时域反射仪(Φ-OTDR) 光纤 分布式检测 氢泄漏 氢敏钯膜 Φ-OTDR optical fiber distributed detection hydrogen leakage hydrogen sensitive palladium film
1 中国电子科技集团公司 第三十四研究所, 广西 桂林541004
2 桂林聚联科技有限公司, 广西 桂林541004
针对光缆经常遭到工程施工破坏的问题, 提出了一种低成本的监测光缆线路沿线工程施工情况的振动预警定位系统, 采用多个基于单轴Sagnac干涉仪的振动预警模块实时监测多个光缆的振动情况, 通过相位敏感光时域反射仪(Φ-OTDR)模块确定振动点的位置。实验表明该系统成本低、预警效果好。
单轴Sagnac干涉仪 光开关选通 相位敏感光时域反射仪模块 后向瑞利散射 选定时间窗口取样 single axis Sagnac interferometer optical switch on Φ-optical time-domain reflectometer module backward Rayle-igh scattering selected time window sampling
1 武汉理工大学光纤传感技术国家工程实验室， 湖北 武汉 430070
2 武汉理工大学信息工程学院， 湖北 武汉 430000
设计了一种基于弱光纤布拉格光栅阵列的增强相位敏感光时域反射仪(-OTDR)振动传感系统，以反射率较大的弱光纤光栅反射信号代替-OTDR中的瑞利散射信号，利用相邻弱光纤光栅反射信号间干涉信号的强度变化来判断光纤线路上振动事件的情况，并采用时分复用技术对振动点进行精确定位。结果表明，该系统在面向振动信号的检测与解调方面比-OTDR更为简便，同时能实现分布式测量，并能解调出频率范围为10～500 Hz的任意振动信号，在周界安防领域具有实际应用价值。
遥感 相位敏感光时域反射仪 弱光栅阵列 振动 干涉 地震检波器
天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室, 天津 300072
基于模拟下变频器、数字IQ解调和反向传播(BP)神经网络,采用现场可编程门阵列结合数字信号处理器(FPGA+DSP)的数据采集和处理架构,提出了一种全嵌入式高信噪比(SNR)、高分辨率和低成本的外差型相位敏感光时域反射(Φ-OTDR)技术模式识别方法。针对外差型Φ-OTDR技术,使用DSP、FPGA及其外围硬件电路替代原有的GHz级高速采集卡和信号发生器,减小了系统的体积和成本。在此基础上,设计了基于时空域二维图提取形态学特征的方法,并采用BP神经网络进行分类识别;所提方法相对于传统的针对一维信号进行模式识别的方法误报率更低、识别率更高。实验结果表明,所设计的基于FPGA+DSP全嵌入式并行信号处理架构满足实时监测的要求,SNR高达12.43 dB,事件识别准确率达到97.78%。
光纤光学 相位敏感光时域反射仪 模式识别 外差探测 数字IQ解调 形态学特征提取
