国家自然科学基金(61377088)
- 作品数：81 被引量：340H指数：9
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- 不同脉冲编码调制的BOTDA系统性能分析与比较被引量：1
- 2015年
- 研究了基于脉冲编码调制的布里渊光时域分析(BOTDA)系统原理,该系统向传感光纤注入经脉冲编码调制后的光脉冲序列,在接收端用数据处理程序恢复系统的单脉冲响应,从而提高BOTDA系统的信噪比、温度和应变分辨率。理论研究了BOTDA系统中Simplex码、Golay码和CCPONS码的编码和解码原理;利用Matlab仿真研究了不同脉冲编码调制的BOTDA系统的时域输出信号,并对比分析了三种编码对系统信噪比的改善情况,结果表明采用脉冲编码技术可使BOTDA系统性能得到有效提升,CCPONS码调制时可获得最佳系统性能,Simplex码次之。
- 李永倩李攀安琪李晓娟李婷
- 关键词：布里渊光时域分析脉冲编码信噪比
- 一种高双折射低损耗大负色散光子晶体光纤的设计被引量：2
- 2020年
- 设计了一种新型光子晶体光纤结构,该光纤包层包含六个由不同形状空气孔组成的轴对称的三角晶格,并在中间沿x轴引入一排大小不同的椭圆空气孔,实现了高双折射、低限制性损耗和大负色散特性。构建了该光子晶体光纤的有限元模型,基于该模型研究了中心两个空气孔的偏转角对LP01模和LP11模的模场分布、双折射系数、限制性损耗和色散系数的影响。研究表明,在偏转角α=90°时该型光纤具有最优性能,即LP01模可在波长为1550nm处获得高达3.618×10-2的双折射、仅为1.999×10-14dB/m的限制性损耗以及低至-764ps/(nm·km)的大负色散,其综合传输特性优于现有典型光子晶体光纤。
- 赵丽娟赵海英徐志钮
- 关键词：光子晶体光纤双折射色散有限元方法
- 脉冲编码外差检测BOTDR系统性能分析与比较被引量：2
- 2017年
- 在基于布里渊散射的光时域反射计(BOTDR)中,信噪比和空间分辨率相互制约,而脉冲编码技术是将探测脉冲编码后注入传感光纤,从而在保证空间分辨率的同时提高入射信号的功率,提高系统信噪比。分析了Golay、Simplex和CCPONS码应用于BOTDR系统的编解码过程及编码增益,研究了基于脉冲编码的本地外差BOTDR分布式传感系统原理和组成,并利用MATLAB对采用三种编码技术的系统性能进行了仿真。仿真结果表明,采用脉冲编码技术后,系统的温度和应变分辨率得到有效地提高,并且编码长度越长,系统性能提升效果越明显,CCPONS码比另外两种码型更具有优越性。
- 王文平李永倩李晓娟张超
- 关键词：布里渊散射外差检测脉冲编码
- 多模布里渊光时域反射系统的建模分析与计算
- 2016年
- 提出了一种基于多模法布里-珀罗激光器外调制的移频本地外差检测布里渊光时域反射系统,分析了系统提高光纤受激布里渊散射阈值和移频本地外差检测的原理;推导了系统信噪比的数学表达式,研究了布里渊叠加谱峰功率和谱宽、系统信噪比和频移测量精度与纵模数的关系,以及实现最优测量精度时纵模数与脉冲宽度的关系,得到了相应的拟合公式。结果表明,选用纵模间隔0.141nm的多模激光器和单纵模峰值功率100mW、脉冲宽度50ns的入纤脉冲时,随着纵模数的增加,25km光纤末端的系统信噪比、温度和应变测量精度均得到了明显提高,且纵模数为20时,系统信噪比相对于单纵模增加11.73dB,温度和应变测量精度分别达到最佳值3.2℃和70.8με;最佳频移测量精度随脉冲宽度的增大先快速提高,后趋近于恒定值2.9 MHz。
- 李永倩李晓娟张淑娥曹翠新
- 关键词：光纤光学布里渊散射系统信噪比
- 基于BOTDR的光纤复合海底电缆应变/温度监测被引量：35
- 2014年
- 高压光纤复合海底电缆结构复杂、敷设环境特殊,日常巡检和状态检测实现难度大,利用分布式光纤应变和温度测量设备对其进行监测十分必要。为此,利用Brillouin光时域反射计(BOTDR)对110 kV光纤复合海底电缆中的复合光纤进行了应变和温度标定实验,比较了不同光纤Brillouin频移的应变/温度系数和初始频移的区别,给出了利用光纤中Brillouin频移分布曲线进行接续点精确定位的方法,对运行中的海缆进行了全面、实时、长期的状态监测和数据分析。结果表明:海缆光单元中不同光纤的Brillouin频移应变/温度系数基本相同,约为0.05 MHz/10-6和1.05 MHz/℃,但初始频移差别较大,变化范围约20 MHz;光路中接续点处的Brillouin频移变化明显,可作为定位依据;利用Brillouin频移监测海缆的应变和温度需结合海底地形、地质、洋流、环境温度、负荷电流等因素。
- 吕安强李永倩李静吴飞龙
- 基于小波变换的BOTDR系统温度特征快速提取被引量：5
- 2015年
- 针对利用全光纤马赫-增德干涉仪布里渊光时域反射(BOTDR)分布式光纤温度传感系统测得的数据受噪声影响大的问题,提出用小波变换对传感系统的数据进行去噪处理快速提取温度特征,并针对测量信号的特点选择合适的小波函数。对传感系统的噪声进行了详细的分析,根据测量系统受光电检测器等噪声影响较大的情况选择了sym小波去除噪声并进行数据处理,信号处理结果表明:即使温度信息已经完全淹没在噪声中,直接方法已经无法获得温度信息时通过使用选用的sym小波仍能将其中的温度信息提取出来。该方法能有效提高传感系统抵抗光电检测器引入噪声干扰的能力,较之叠加平均方法缩短了温度测量周期,提高了系统的实时性。
- 赵丽娟李永倩
- 关键词：分布式光纤传感小波变换
- 瑞利BOTDA系统的2维提升小波降噪方法被引量：2
- 2018年
- 为了解决基于瑞利散射的布里渊光时域分析系统(BOTDA)中传感信号受噪声干扰严重的问题,采用2维提升小波变换算法,将测量信号从1维空间转换到2维空间,进行阈值降噪处理。通过理论分析和实验验证,取得了传统小波与2维提升小波降噪数据。结果表明,2维提升小波变换比传统小波变换信噪比提高约10dB,运算量减少了1/3;2维提升小波充分利用测量信号时间上的相关性,变换结构简单、运算速度快、降噪效果优于传统小波,适用于瑞利BOTDA系统降噪。该结果对光纤传感系统中信号降噪的研究有一定参考价值。
- 刘薇尚秋峰
- 关键词：光纤光学
- 光子晶体光纤的设计与应用研究综述被引量：5
- 2020年
- 光子晶体光纤具有较强的可设计性,一般通过改变光子晶体光纤包层中空气孔的大小、形状或者排列方式对光纤的传输特性进行调节,以此实现高双折射、高非线性、平坦色散及低限制性损耗等特性。光子晶体光纤的传输特性在不同领域中具有较大的应用价值,如分布式传感、飞秒激光器和气体传感器等。文章首先介绍了光子晶体光纤的结构特征以及与普通单模光纤的区别,在此基础上针对各种典型的光子晶体光纤结构分析了其色散和非线性等传输特性。详细介绍了基于光子晶体光纤的分布式光纤传感、飞秒激光器和气体传感器的传感机理以及达到的传感性能,并与非基于光子晶体光纤的传感器的传感性能进行了比较,验证了基于光子晶体光纤传感器的优异性能。最后对光子晶体光纤的发展及应用进行了总结与展望。
- 赵丽娟梁若愚徐志钮
- 关键词：光子晶体光纤结构优化分布式光纤传感飞秒激光器气体传感器
- 基于无芯-少模-无芯光纤结构的温度传感特性研究
- 2022年
- 提出了一种基于无芯-少模-无芯光纤结构的温度传感器,对传感器进行了理论分析和实验研究。该传感器将无芯光纤(coreless fiber,CLF)与少模光纤(few-mode fiber,FMF)同轴熔接,构建无芯-少模-无芯的光纤结构,结构两端熔接单模(single mode fiber,SMF)光纤作为输入输出光纤,第1段无芯光纤与单模光纤的模式失配起到激发高阶模的作用,少模光纤中的LP01与LP11两种模式沿少模光纤纤芯传输,在第2段无芯光纤的作用下LP01与LP11两种模式重新耦合回单模光纤,LP01与LP11两种模式发生干涉,形成干涉光谱。当外界温度变化时,两种模式的光程差发生变化,干涉光谱的干涉波谷发生漂移,选取2个不同的干涉波谷作为特征波长,进行实验分析。实验结果表明:波长在1550 nm和1534 nm附近的干涉谷均发生红移,相应的温度灵敏度分别为68 pm/℃和44.5 pm/℃。该传感结构制作简单、灵敏度高,有很好的应用前景。
- 张静李永倩
- 关键词：光纤光学少模光纤温度测量
- 基于互相关卷积与高阶矩质心计算的布里渊散射谱特征提取被引量：8
- 2017年
- 针对目前布里渊光时域分析(BOTDA)分布式光纤传感系统存在的实时性较差的问题,为了缩短测量时间,提出一种基于互相关卷积与高阶矩质心计算相结合的布里渊散射谱特征提取方法。首先将布里渊散射谱沿光纤的扫频数据与理想Lorentz曲线作互相关卷积,然后利用卷积结果峰值附近的理想Lorentz线型特征进行高阶矩质心提取,并将提取结果作为布里渊频移(BFS)的估计值;其次,搭建1.5km的瑞利BOTDA温度传感系统对所提算法进行可行性验证。结果表明:不同于常用的Lorentz拟合(LCF),所提算法避免了复杂的迭代求解所造成的测量时间延长,具有良好的实时性与测量精度,选取恰当的数据点数与阶数可将误差控制在小于1 MHz;当进行长距离高分辨率的动态测量而不得不加大扫频间隔以减少测量时间时,所提算法的测量误差远小于基于莱文伯-马奈特(LM)算法的LCF的测量误差。
- 尚秋峰胡雨婷刘薇
- 关键词：散射布里渊光时域分析高阶矩
