摘要：本文报道了一种可满足室外应用的具有重复频率锁定功能的皮秒脉冲光纤激光器。通过选用Figure-9光纤激光器结构,并通过优化腔结构来调控非线性,确保了激光器的快速锁模自启动功能;采用低导热材料绝热封装创建“恒温”微环境,松弛了室外环境下锁定重复频率对PZT频率调谐执行器件调谐量的要求。以此为基础,设计并研制了质量仅为3 kg的10 MHz、20 ps锁模光纤激光器样机。在室温、极端温度(-40℃或50℃)和振动(加速度为1.5g)环境下,该激光器样机都能保持快速锁模自启动和重复频率锁定功能;在室外环境下,该激光器样机的重复频率锁定功能可抵御夏季高温环境下的10℃温度波动。

摘要：随着我国油气管道铺设数量的增加,对管道的维护工作也需予以更多的重视.目前,在油气输送站场内,主要采用人工巡检、对射式和云台式检测设备来检测天然气泄漏.但是这些方法存在响应度差、检测区域受限、泄漏点定位较慢等问题.为了满足对油气管道泄漏实时监测和快速定位的需求,本文设计了一种快速、精确控制的双楔形扫描镜系统,结合可调谐半导体激光吸收光谱技术,使得气体测量由原来的点测量转换为面测量.通过反解迭代优化算法,控制楔形镜的转角获得高效均匀的光束扫描轨迹,并将激光束的偏转方向及检测位置与对应的甲烷浓度信息相融合,构建了包含有位置信息的甲烷浓度数据,实现甲烷气体的光谱成像.实验中为了定量验证测量准确度及空间分辨率,通过标准气袋模拟甲烷泄漏分布,结果表明系统的成像浓度检测限小于500 ppm·m(1 ppm=10^(–6)),位置分辨率小于6 cm.同时该方法可以依据油气站场的测量距离调节扫描步进节点,从而实现成像分辨率的可调节,该成像方法为精确定位甲烷气体泄漏提供了新的思路.

摘要：我国大型基础设施的建设规模已多年位居世界之首,分布式光纤传感技术(DOFS)作为大型基础设施健康状态实时监测最有潜力的技术,近年来得到了迅速发展。针对DOFS在技术和应用的突破上面临的挑战,在介绍DOFS各技术基本工作原理、发展历史、现状以及典型应用原理和方案等的基础上,对其工作新机理、系统设计方案、研究发展方向等进行了阐述和讨论。

摘要：分布式光纤温度传感(Distributed optical fiber Temperature Sensing system,DTS)技术采用通信光纤本身作为传感和信号传输介质,由于可以实现大范围高精准度的温度测量,在众多领域获得广泛应用。针对分布式光纤温度传感主机在野外长期使用过程中面临的智能管控能力的不足,采用STM32F429处理器为核心,设计了应用于DTS的远程云监控模块,以实现低功耗、全时监控、长效检测能力的提升。系统软件部分采用直接存储器访问(DMA)的方式搬运数据,结合RS-232、单总线、SPI协议及4G无线通信进行数据传输,并利用数据预处理算法实现了异常变化温度数据准确上传,并大大减少数据通信流量。模块的电源管理功能可实现电池续航时间提高3.7倍~6.6倍,整体功耗小于12 W。户外长期测试结果表明,基于STM32的DTS远程云监控模块具备工作稳定、数据完整、功耗低等优势,提升了DTS传感主机野外应用的可靠性。

摘要：分布式光纤温度传感(distributed temperature sensor,DTS)系统进行温度测量时,参考光斯托克斯光强度随着温度的升高而增大,使信号光反斯托克斯光与参考光斯托克斯光强度的比值减小,测量温度小于真实温度,降低系统的测温准确度.本文提出并实验验证了一种新的动态校准法修正斯托克斯光信号,可有效减小斯托克斯光导致的测温误差,提高系统的测温准确度.该方法根据参考光纤中的实时斯托克斯光强分布,模拟出对应的整条光纤在参考温度环境中的斯托克斯光强度曲线,实现斯托克斯光的温度响应修正.实验结果表明,与传统温度解调方法相比,分布式光纤温度传感系统进行斯托克斯光动态校准后测温准确度最高提升4.3℃.与瑞利噪声抑制法联用后,测温准确度提高8.9℃.本研究为DTS系统进行高温环境温度监测提供了一种新的解决方案.

摘要：可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)是一种非侵入式光谱检测技术,具有高选择性、高响应性和高分辨率等特点。根据分子光谱吸收原理,被检测气体所处环境温度的改变会引起分子吸收谱线强度的变化,进而影响气体浓度反演的准确性。为提高气体在高温背景下浓度测量的准确性和真实性,选取工业过程常见的一氧化碳(CO)为目标气体,设计了基于波长调制技术多温度梯度(室温14~1100℃)的气体吸收光谱检测实验,与HITRAN数据库中光谱参数进行对比,并对结果进行校正和分析。同时,以探测信号有效扫描区域的线性度、标准差和残差平方和等参数为依据,分析了不同材质的窗片对高温实验的影响,通过升降温实验数据的分析,选择了降温梯度测量作为高温实验的最佳控温顺序。经过对标准浓度的CO进行高温实验,发现随着温度的升高,二次谐波(2f)幅值和吸收线强有相一致的下降趋势,符合理论公式的变化规律。经过分析校正后的2f幅值和温度呈现非相关性,实现了热背景下光谱检测的校正,验证了变温时2f幅值校正的准确性。该研究为光谱检测技术在高温背景下实际应用提供了一定的参考,尤其是对高精度工业炉内气体燃烧效率的动态评估具有极其重要的意义。

摘要：针对可调谐半导体激光吸收光谱技术(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy,TDLAS)在煤矿、石油化工领域进行气体浓度检测时,遇到的高精度、宽动态范围需求,采用时分复用的方法,将直接吸收光谱技术(Direct Absorption Spectroscopy,DAS)和波长调制光谱(Wavelength Modulation Spectroscopy,WMS)技术的优势相结合,完成了高精度、宽量程和免标定多气体检测系统的设计。设计激光器的驱动为线性扫描输出和叠加不同高频调制扫描输出的周期信号,用于完成高低浓度反演算法的时分复用计算,通过实验优化选择检测气体的吸光度拐点,实现对气体浓度的高精度、宽量程检测。在室温和常压下,通过实验分别对CH_(4)、CO和C_(2)H_(2)三种气体体积浓度进行检测,确定了两种算法最佳拐点吸光度约为0.026 cm^(-1)。系统对CH_(4)、CO和C_(2)H_(2)三种气体体积浓度的检测量程分别为0~100%、0~5 000×10^(-6)和0~1 000×10^(-6),其最小体积浓度检测限分别为2.27×10^(-4)、0.21×10^(-6)、1.68×10^(-6),且在量程内的测量结果准确度优于现行的煤矿行业标准。实验结果表明:该方法能够满足工业现场实际应用的需求,有利于拓展激光吸收光谱技术在工业过程、安全等领域的应用。

摘要：研究一种基于光纤Mach-Zehnder干涉仪结构的全光纤傅里叶变换光谱仪(fiber fourier transform spectrometer,FFTS)。设计了光程调制范围可达2 cm的压电陶瓷光纤相位调制器,代替传统傅里叶变换光谱仪中的动镜产生光程扫描。实验中采用1 310 nm DFB激光器作为参考光源,对测试光干涉图进行等光程间隔采样,以消除压电陶瓷非线性光程调制产生的误差。通过对测试光干涉图做傅里叶逆变换得到测试光光谱图。利用该FFTS系统测量了ASE宽带光源的光谱,并将测量结果和光栅光谱仪测量结果进行了对比,结果表明两者所测ASE光谱线型一致。最后,利用光纤光栅作为样品,对FFTS系统的光谱分辨率进行了检测,光谱分辨率达到了0.78 cm-1。

摘要：设计了一种紧凑型放电引发非链式氟化氘(DF)脉冲激光器,引入基于闸流管的一级磁脉冲压缩高压快上升沿放电引发回路,形成39.5kV、100ns上升沿高压快脉冲。紧凑型张氏放电电极结合紫外(UV)火花预电离,在电极间距为30mm激活区形成均匀辉光放电,注入能量密度达190J/L。激光谐振腔选用平平腔结构,激光工作气体采用SF6和D2,其气体配比优化为10:3,此时获得最大能量输出为877mJ,电光转换效率为1.9%,脉宽约200ns,光斑为30mm×9mm。

摘要：在吸收光谱检测技术中,常利用多次反射池技术增加吸收气体的光程长度,以提高灵敏度,降低检测极限。通过综合传统的多次反射Herriott池和White池的优点,利用White池的三镜光学结构和Herriott池的光路传输原理,设计出了一种新型的长光程多次反射池,其结构简单、外形紧凑、光程可调、性能稳定并且小型化。将研制出的基长20cm、光程范围10～100m可调的新型多次反射池应用于可调谐二极管激光吸收光谱技术中进行一氧化碳气体的探测,结合数字信号处理技术可把现场检测的灵敏度提高到10-6量级。实验结果显示这种新型多次反射池在吸收光谱技术中应用良好,与传统同基长的反射池相比,气体检测灵敏度有了明显的提高。