摘要：针对布里渊光时域分析分布式传感原理和受激布里渊散射的特点,应用微波电光调制分布反馈式半导体激光器产生频移可调的探测光,和传感光纤中相反方向传输的脉冲激励光进行受激布里渊散射作用,当探测光和激励光的频率差在布里渊频移附近时,频移探测光和激励光产生受激布里渊散射,通过改变探测光的频移值,检测探测光功率信号,可得到沿光纤各处的布里渊频移,再利用布里渊频移和应变(或温度)的关系,计算得到沿光纤分布的传感量。设计了基于微波电光调制的布里渊光时域分析传感器实验系统,实现了25km的分布式温度传感,达到5m的空间分辨力和3℃的温度分辨力。

摘要：为了优化设计基于光学差分参量放大的布里渊光时域分析抽运的脉冲编码形式以及斯托克斯光与反斯托克斯光脉宽差,采用微扰法和小信号近似法,获得了探测光与斯托克斯光脉冲、反斯托克斯光脉冲在较小作用区域内的脉冲响应,对其性能进行了理论分析与数值验证。结果表明,π相位斯托克斯光脉冲可有效压缩布里渊增益谱宽,提高布里渊信号信噪比;当斯托克斯光与反斯托克斯光传感脉冲脉宽差为8ns时,探测光布里渊增益最大。这一结果对进一步分析基于光学差分参量放大的布里渊光时域分析系统性能以及开展相关实验研究是有帮助的。

摘要：油纸电容式套管是油浸式变压器的重要部件,为实现套管内部温度监测,提出将单模光纤和多模光纤并行缠绕于电容芯子外侧,利用布里渊光时域分析和拉曼光时域反射光纤传感技术对其进行全时空温度监测的设计方案。利用有限元仿真计算得到布设光纤前后套管局部场强变化幅度较小,由0.673 kV/mm改变为0.752 kV/mm;同时对光纤进行了热老化试验,验证了方案的可行性,并研制出1根光纤复合型110 kV油纸套管。在施加电压为126 kV时,套管局部放电量为5.03 pC,局部放电试验结果满足国标要求。通过温升试验测量得到套管温度数据并进行了温度场仿真研究,实测数据表明套管表面轴向温差达到45.2℃,而内侧芯子轴向温差仅为6.7℃,结合仿真结果推理得到套管内部存在上、下油循环且油流方向相反。该套管的研制可为油纸电容式套管的状态监测提供新的思路与参考。

摘要：布里渊光时域分析(Brillouin Optical Time Domain Analysis,BOTDA)利用了布里渊受激放大特性,在测量精度和空间分辨率等方面有独特的优势。在应用基于BOTDA的分布式光纤传感技术对结构应变进行监测时,存在布里渊频移对应变和温度交叉敏感的问题。为了消除温度对应变监测的影响,基于BOTDA原理提出了一种温度补偿方法。结果表明该方法可通过附着成一体的应变和温度传感光纤的换算得到消除温度影响后的应变,无需得到待测物温度场,布设安装和数据处理均较方便,温度信息同步性和环境适应性较佳,且成本低廉,与现有温度补偿方法相比具有显著优势。通过对比室内水浴试验和某排水泵站现场试验的结果,可知基于BOTDA的光纤分布式传感温度补偿方法是有效的。

摘要：为了研究BOTDA光纤传感技术用于混凝土结构裂缝监测的可行性,进行了高强钢筋活性粉末混凝土梁加载试验和公路隧道衬砌裂缝现场监测试验。通过在高强钢筋活性粉末混凝土梁的表面和内部同时布设分布式光纤,使用千斤顶施加多级荷载,获得了多级荷载作用下混凝土梁表面和内部的应变分布。通过对应变数据的分析,了解了混凝土梁从没有裂缝到出现裂缝以及裂缝发展全过程的应变变化规律。混凝土梁加载试验结果说明:基于BOTDA的光纤传感技术可以精准定位混凝土结构裂缝,而且光纤传感技术可以监测混凝土结构裂缝产生,发展全过程,满足全时全域的监测要求。在宜巴高速某隧道现场搭建BOTDA分布式光纤隧道衬砌裂缝监测系统,分析监测数据和现场实地勘察结果也验证了该系统用于监测裂缝产生,发展全过程的可行性。结果表明:裂缝产生的地方应变变化较大,应变差可达到800με以上,而且产生裂缝区域的应变差与没有产生裂缝区域的应变差相差较大,从应变差分布图中可以很明显地识别,建议后期将要建设的隧道衬砌的裂缝监测系统报警阈值设定为800με,若应变差超过800με,监测系统应进行报警,养护人员需要到现场进行查看并判断是否需要进行养护。

摘要：为了研究螺旋挤土灌注桩(SDS桩)的荷载传递规律及承载特性,将基于布里渊光时域分析(BOTDA)原理的光纤传感技术用于螺旋挤土灌注桩桩基检测,在某工地进行现场试验,测得试桩加载过程中的桩身应变,进而得出桩身轴力、桩侧摩阻力及桩端阻力,并与同一场地内长螺旋灌注桩(CFA桩)的测试结果进行对比分析。研究结果表明:分布式光纤测量可以方便地获取桩体的荷载传递规律;同一桩顶荷载等级下,SDS桩桩端阻力比CFA桩的小,达到极限荷载时,桩端阻力约占总荷载的8%,设计时SDS桩可按摩擦桩或端承摩擦桩考虑;相同桩体参数和地层条件下,与CFA桩相比,SDS桩的极限承载力提高了约67%,相同桩顶荷载作用下,桩体沉降也比CFA桩的小;SDS桩成桩过程中通过桩周土体的物理挤密和应力状态的改变促进了侧摩阻力的大幅提高,从而承载力得到显著提升。

摘要：针对传统布里渊光时域分析(BOTDA)技术测量速度慢的问题,提出并设计了一个基于相干检测数字光频梳(DOFC)的快速BOTDA传感系统。利用相干检测DOFC,在不扫频的情况下重构传感所需的布里渊增益谱(BGS)和相位谱(BPS);结合BGS和BPS,传感光纤的布里渊频移分布可在不作任何平均处理的情况下快速获得,极大地缩短了BOTDA传感系统的响应时间。实验测试可知,传感系统在10km传感光纤上的响应时间为0.1ms,其温度和应变的探测精度分别达到了1.6℃和44με,相应的温度和应力测量最大偏差分别为0.3℃和小于10με。实验结果表明,基于相干检测DOFC的BOTDA传感系统可快速实现温度和应力的长距离、高精度传感。

摘要：设计了一种基于分布式传感技术的薄壁圆筒型液体温度和压力传感器。选取具有耐腐蚀、弹性性能好以及热膨胀系数大的不锈钢316L和铍青铜C17200分别对传感器进行封装。利用有限元仿真软件ANSYS Workbench对封装的传感器压力和温度特性进行仿真分析,得到器件的径向应变量,分析其布里渊频移随压力和温度的变化关系。仿真实验表明,使用铍青铜C17200封装的传感器压力灵敏度和温度灵敏度更高,在0~12MPa、-5~40℃范围内压力灵敏度达11.1MHz/MPa,温度灵敏度达2.56MHz/℃,相较于普通单模光纤分别提升7.4倍和1.7倍。

摘要：根据大型结构全尺度分布式高精度温度测量要求,组合应用布里渊时域分析(BOTDA)技术和光纤布拉格光栅(FBG)温度传感技术,设计了一种由BOTDA分析仪、FBG解调仪、共线传感探头和光开关组成的温度传感测试系统。实验测试证明,该系统具备大范围分布式温度测量与局部高精度温度测量功能,而且实现了BOTDA测温技术与FBG温度传感技术的有效互补,解决了测量范围和测量精度的矛盾问题,并且具有良好的温度重复性,达到了预期的设计要求。该共线测试技术方案在大规模结构温度监测中具有广阔的应用前景。

摘要：针对传统的基于瑞利散射的布里渊光时域分析系统存在信噪比低的问题,提出了一种新的基于瑞利散射的布里渊光时域分析设计方案。采用平衡检测技术,同时利用斯托克斯边带和反斯托克斯边带的信息,输出信号功率比单端检测提高了两倍。由于两个光电二极管输入信号的等噪声特性,使用平衡检测使噪声功率增加2^(1/2)倍,输出信号的信噪比提高2^(1/2)倍。对2.4km光纤进行实验,验证了系统的可行性,采用平衡检测技术后信号得到明显的改善。