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拉曼分布式光纤温度传感:技术发展与应用综述

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光学学报 2024年第1期44卷 214-239页

作者：介瑞敏肖春刘旭朱琛饶云江刘波之江实验室光纤传感研究中心浙江杭州311100 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 浙江大学光电科学与工程学院浙江杭州311100

拉曼分布式光纤温度传感(RDTS)系统因其长期稳定性成为最早商业化的光纤传感产品之一,尤其在油气勘探传感的巨大市场中占据半壁江山。数十年来其技术发展日新月异,本文简述了RDTS的基本原理,着重分析了近年来领域内优化和提升RDTS的方法... 详细信息

拉曼分布式光纤温度传感(RDTS)系统因其长期稳定性成为最早商业化的光纤传感产品之一,尤其在油气勘探传感的巨大市场中占据半壁江山。数十年来其技术发展日新月异,本文简述了RDTS的基本原理,着重分析了近年来领域内优化和提升RDTS的方法,分别从系统结构、部件优化、解调方式和智能信号处理等方面系统性地总结了最新研究进展,并通过走访调研了RDTS的全球市场概况及其在各工程领域的典型应用,旨在为分布式温度传感技术的同仁提供有益的参考。

关键词：光纤传感拉曼分布式温度传感空间分辨率信噪比市场调研

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静钻根植桩施工环境效应现场试验研究

土木工程学报 2024年第3期57卷 93-101页

作者：周佳锦马俊杰俞建霖龚晓南张日红浙江大学滨海和城市岩土工程研究中心浙江杭州310058 浙江省城市地下空间开发工程技术研究中心浙江杭州310058 宁波中淳高科股份有限公司浙江宁波315100

静钻根植桩采用先钻孔注浆后植桩的施工技术,可以解决传统预制桩施工过程引起的挤土效应问题。然而,静钻根植桩施工过程中钻孔和注浆过程会对周围土体产生一定扰动,目前没有相关研究。文章通过一组现场试验对静钻根植桩施工过程中的钻... 详细信息

静钻根植桩采用先钻孔注浆后植桩的施工技术,可以解决传统预制桩施工过程引起的挤土效应问题。然而,静钻根植桩施工过程中钻孔和注浆过程会对周围土体产生一定扰动,目前没有相关研究。文章通过一组现场试验对静钻根植桩施工过程中的钻孔、注浆搅拌和植桩阶段对周围土体的扰动规律进行研究。静钻根植桩施工前在钻孔周围土体中埋设土压力传感器,孔隙水压力传感器和测斜管,分别测试静钻根植桩施工过程中周围土体中水平土压力,超静孔隙水压力和深层土体水平位移的变化规律。研究结果表明:静钻根植桩施工过程会对周围土体造成一定扰动,而施工完成后周围土体中的水平土压力、超静孔隙水压力和深层土体水平位移迅速恢复;当水平距离达到4D(D为钻孔直径)时,静钻根植桩施工过程基本不会对土体产生影响;试验结果可以为静钻根植桩在地铁周围等施工位移控制敏感区域的应用提供理论依据。

关键词：静钻根植桩环境效应水平土压力超静孔隙水压力土体水平位移

面向DAS系统的震源信号初至波到达时间拾取方法

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激光与光电子学进展 2024年第9期61卷 272-278页

作者：黄亮梁磊江轲杜尚明武汉理工大学光纤传感技术与网络国家工程研究中心湖北武汉430070 武汉理工大学信息工程学院湖北武汉430070

在基于相敏光时域反射计(Φ-OTDR)的光纤分布式声传感(DAS)系统定位震源二维空间位置方法中,由于干扰和噪声的影响,存在震源初至波到达光缆不同位置时间信息获取不准确的问题,带来较大的定位误差。针对DAS系统,提出了一种基于双边滤波... 详细信息

在基于相敏光时域反射计(Φ-OTDR)的光纤分布式声传感(DAS)系统定位震源二维空间位置方法中,由于干扰和噪声的影响,存在震源初至波到达光缆不同位置时间信息获取不准确的问题,带来较大的定位误差。针对DAS系统,提出了一种基于双边滤波边缘检测的震源初至波到达时间拾取方法。首先,将DAS系统采集的震源时空二维信号转换成灰度图,用双边滤波方法进行降噪,然后,应用基于Canny算子的边缘检测方法提取灰度图像中的边缘特征,来获得震源初至波到达时间。这种方法能够同时考虑时空二维数据的时间和空间整体特征,提高低信噪比信号初至波到达时间的拾取精度。现场实验表明,该方法对于受干扰和系统噪声影响的低信噪比信号,拾取的到达时间平均误差不超过3 ms,拾取精度比传统方法高,算法平均耗时仅需0.1 s,拾取时间短。

关键词：分布式声传感震源边缘检测双边滤波到达时间拾取

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基于光纤传感技术的海洋立管形态重构研究

光电子·激光 2024年第8期35卷 828-835页

作者：梁磊徐其伟赖先宇骆丙铈武汉理工大学光纤传感技术与网络国家工程研究中心武汉理工大学三亚科教创新园

海洋立管是海洋工程中的重要结构，为了确保立管的正常工作，本文提出了利用弱光纤布拉格光栅传感光缆完成立管形态重构的方法，并利用有限元仿真实验进行了验证。首先将传感光缆按照背负式管道的形式沿立管轴向安装，基于Frenet-Serre... 详细信息

海洋立管是海洋工程中的重要结构，为了确保立管的正常工作，本文提出了利用弱光纤布拉格光栅传感光缆完成立管形态重构的方法，并利用有限元仿真实验进行了验证。首先将传感光缆按照背负式管道的形式沿立管轴向安装，基于Frenet-Serret框架设计了立管的形态重构算法；然后构建了立管监测有限元模型，求解并提取了多种变形情况下传感光缆内部应变数据，结合算法完成了立管的三维形状重建；最后对形态重构误差进行了分析和计算。结果表明，设计的立管形态重构方法的尾端误差控制在1.7%以内。该方法的立管形态重建效果较好，监测形式简单，具有一定工程应用价值。

关键词：弱光纤布拉格光栅形态重构曲率挠率有限元

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分布式光纤生化传感技术发展

光学学报 2024年第1期44卷 291-306页

作者：花培栋丁振扬刘琨郭浩晗张腾李胜刘骥江俊峰刘铁根天津大学精密仪器与光电子工程学院光电信息技术教育部重点实验室天津市光纤传感工程中心天津300072

现有光纤生化传感器只获取单点生化物质含量,难以得到其空间分布信息,而沿光纤轴向连续分布成百上千只传感器的分布式生化传感方式可实现这一目标。从准分布式光纤生化传感入手,全面综述了分布式光纤生化传感在气体传感、折射率传感以... 详细信息

现有光纤生化传感器只获取单点生化物质含量,难以得到其空间分布信息,而沿光纤轴向连续分布成百上千只传感器的分布式生化传感方式可实现这一目标。从准分布式光纤生化传感入手,全面综述了分布式光纤生化传感在气体传感、折射率传感以及生物化学传感方面应用的最新进展。最后对分布式光纤生化传感器的发展前景与当前挑战进行了展望。分布式光纤生化传感研究有望引领当前单点分立式光纤生化传感研究向多点连续分布式方向发展,有望成为化学、生物、医学等领域强有力的新工具。

关键词：传感器分布式光纤传感准分布式光纤传感气体传感折射率传感生化传感

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基于智能跑道光栅阵列传感器的机型辨识方法

应用光学 2024年第2期45卷 453-460页

作者：李盛刘安郭金鼎武汉理工大学光纤传感技术与网络国家工程研究中心湖北武汉430070 武汉理工大学信息工程学院湖北武汉430070

针对当前机型辨识方法易受环境影响的不足,提出了一种新的基于智能跑道光栅阵列传感器的机型辨识方法。利用光栅阵列横向布置光缆采集飞机滑跑通过时的分布式振动响应,通过分析多测区时程脉冲响应特征,确定主辅起落架通过光缆的时差。... 详细信息

针对当前机型辨识方法易受环境影响的不足,提出了一种新的基于智能跑道光栅阵列传感器的机型辨识方法。利用光栅阵列横向布置光缆采集飞机滑跑通过时的分布式振动响应,通过分析多测区时程脉冲响应特征,确定主辅起落架通过光缆的时差。通过光栅阵列纵向布置光缆感知飞机的滑行轨迹,采用多项式拟合确定飞机滑行速度。基于飞机主辅起落架的测试值与理论值的匹配关系对飞机型号进行辨识,利用某机场试飞及开航2个月内的航班信息进行方法检验。结果显示,提出的机型辨识方法识别准确率可达98.44%,可以对B757、B738、A320和A321机型进行有效辨识。

关键词：机型辨识智能跑道光栅阵列机场

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面向分布式传感的散射增强光纤研究进展

光学学报 2024年第1期44卷 201-213页

作者：谭滔田野张建中哈尔滨工程大学物理与光电工程学院纤维集成光学教育部重点实验室黑龙江哈尔滨150001 哈尔滨工程大学烟台研究院先进光纤传感技术研发中心山东烟台264006

基于光纤后向散射的光纤传感技术具有全分布、长距离等特点,在诸多领域受到广泛关注,被认为是一种变革性技术。散射光随着传输距离增加逐渐减弱,信噪比降低导致感知性能下降,成为限制其在长距离应用的主要因素。通过光纤掺杂、写入弱光... 详细信息

基于光纤后向散射的光纤传感技术具有全分布、长距离等特点,在诸多领域受到广泛关注,被认为是一种变革性技术。散射光随着传输距离增加逐渐减弱,信噪比降低导致感知性能下降,成为限制其在长距离应用的主要因素。通过光纤掺杂、写入弱光栅等方式增加光纤散射强度可以有效缓解该问题。然而对于数千米的超长距应用,散射增加意味光纤损耗的增强,通过增加散射来提升信噪比的方法失效。本课题组提出一种增加光纤后向散射强度但不增加光纤本征损耗的散射收集能力增强光纤。本文分别从增强光纤散射能力和增强后向收集能力两个方向总结了散射增强光纤的几种方法,论述了各种方法的优缺点,并进行了简要展望。

关键词：光纤光学分布式传感散射增强光纤辐照光纤微结构光纤掺杂光纤超长锥形光纤

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光加热光纤光栅阵列液位测量方法研究

传感技术学报 2024年第6期37卷 959-966页

作者：戢雅典范典王宇琦周次明武汉理工大学光纤传感技术与网络国家工程研究中心湖北武汉430070 武汉理工大学信息工程学院湖北武汉430070

安全可靠的液位测量是现代工业领域的重要技术需求之一,提出一种基于光加热光纤光栅阵列的液位测量方法,即利用泵浦光加热掺钴光纤,控制温度场,利用光栅阵列测量温度场分布,由于气液导热性能的差别,气液界面处温度突变,从而确定液位。... 详细信息

安全可靠的液位测量是现代工业领域的重要技术需求之一,提出一种基于光加热光纤光栅阵列的液位测量方法,即利用泵浦光加热掺钴光纤,控制温度场,利用光栅阵列测量温度场分布,由于气液导热性能的差别,气液界面处温度突变,从而确定液位。实验中,将掺钴光纤与密集光栅阵列紧密固定在一起,将1.5 W的泵浦光输入衰减系数分别为0.71 dB/cm和0.28 dB/cm的掺钴光纤中,沿着光传播的方向,温度变化均呈指数函数衰减。液位测量的精度与范围由主要取决于泵浦光功率、掺钴光纤吸收系数,经对比最终选定0.28 dB/cm的掺钴光纤作为液位实验的加热光纤。实验测量了不同液位下的温度场分布,证明了利用测量温度分布来测量液位的可行性,液位变化范围0~88 mm以内的误差为2 mm。所提出的传感系统结构简单,成本低廉,在液位测量方面具有潜在的应用价值。

关键词：光纤传感技术液位测量布拉格光栅阵列光加热温度调制温度分布

基于超弱光纤光栅的双芯带状柔性测斜光缆研究

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激光与光电子学进展 2024年

作者：童广勤刘顶明黄江楼刘勇军贺云睿三峡大学湖北省弱磁探测工程技术研究中心中国长江三峡集团有限公司三峡大学理学院

针对土木工程测斜传感器对柔性、灵敏度的需要,提出了一种基于超弱光纤光栅的双芯带状测斜光缆。基于切角递推的形变反演理论,建立了波长偏移量Δλ-倾角θ的柔性测斜模型,通过仿真软件分析了光缆结构对传感器倾角灵敏度的影响。基于仿... 详细信息

针对土木工程测斜传感器对柔性、灵敏度的需要,提出了一种基于超弱光纤光栅的双芯带状测斜光缆。基于切角递推的形变反演理论,建立了波长偏移量Δλ-倾角θ的柔性测斜模型,通过仿真软件分析了光缆结构对传感器倾角灵敏度的影响。基于仿真结果制备出测斜光缆并进行了测试。结果表明,该光缆的测斜精度为182pm/°,实测倾角的最大相对误差为8.28%,应变传递效率88%,温度补偿误差小于4%。双芯带状测斜光缆克服了热加工中材料收缩对光纤的损伤,降低了现场环境温度的影响,达到了较高的测斜精度,在大尺度、高灵敏度的柔性测斜领域中具有应用前景。

关键词：超弱光纤光栅双芯带状光缆柔性测斜形变反演倾角灵敏度