基于多维参量分布式光纤传感的架空输电线路覆冰监测技术 被引量：2

1

作者 李翠 夏炳森 +2 位作者 林斌 王若凡 张益昕 《光电子技术》 CAS 2024年第1期38-46,共9页

对比总结了典型DOFS技术的基本原理与系统结构,对现有输电线路覆冰监测技术发展现状进行介绍。在此基础上提出了一种多维参量分布式光纤传感技术,能够实现对线路的应变、温度、振动、衰耗等状态参数进行分布式的实时监测。与现有的单参... 对比总结了典型DOFS技术的基本原理与系统结构,对现有输电线路覆冰监测技术发展现状进行介绍。在此基础上提出了一种多维参量分布式光纤传感技术,能够实现对线路的应变、温度、振动、衰耗等状态参数进行分布式的实时监测。与现有的单参量、双参量传感监测方案相比,使用多维参量方案对线路进行融合感知,可以有效提高监测的准确度,降低误判率、误报率,为输电线路的安全稳定运行提供重要保障。 展开更多

关键词 分布式光纤传感 输电线路 覆冰监测 多维参量

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基于分布式光纤传感的架空输电线路舞动与雷击监测技术进展 被引量：6

2

作者 唐元春 李翠 +2 位作者 黄宁 丁晨阳 张益昕 《光电子技术》 CAS 2023年第4期337-346,共10页

对比总结了基于拉曼散射、布里渊散射与瑞利散射的三种主要DOFS技术的原理及特点,介绍了DOFS系统在输电线路舞动及雷击监测领域的国内外研究及应用现状;对基于分布式光纤传感的架空输电线路舞动、雷击监测技术目前存在的不足进行了分析... 对比总结了基于拉曼散射、布里渊散射与瑞利散射的三种主要DOFS技术的原理及特点,介绍了DOFS系统在输电线路舞动及雷击监测领域的国内外研究及应用现状;对基于分布式光纤传感的架空输电线路舞动、雷击监测技术目前存在的不足进行了分析;指出分布式放大、光脉冲编码、多参量融合以及通感一体等关键技术将是该领域下一阶段的发展趋势与研究热点。 展开更多

关键词 分布式光纤传感 架空输电线路 舞动监测 雷击监测

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分布式布里渊光纤传感技术在宜长高速公路路基监测中的应用 被引量：1

3

作者 李时宜 王峰 李井增 《江苏建筑》 2022年第S01期42-45,共4页

在公路建设的过程中,路基沉降容易对路面造成破坏,给行驶的车辆造成安全威胁,因此对路基沉降的监测是公路工程中最基础的一环。传统的路基沉降监测多为点式监测,且自动化水平低、工作量大。分布式光纤传感技术具有连续性全尺度的巨大优... 在公路建设的过程中,路基沉降容易对路面造成破坏,给行驶的车辆造成安全威胁,因此对路基沉降的监测是公路工程中最基础的一环。传统的路基沉降监测多为点式监测,且自动化水平低、工作量大。分布式光纤传感技术具有连续性全尺度的巨大优势,应用该技术对路基沉降变形进行监测具有十分广阔的前景。文章在前人研究的基础上,在宜长高速公路路桥段将布里渊光时域反射计(BOTDR)这一全分布式光纤传感技术应用于路基沉降监测中,并设计了温度补偿的应变监测方案,通过反演计算得出最终的沉降数值,并搭建监测线路的可视化展示界面,将监测结果直观地映射到路基上。 展开更多

关键词 布里渊光时域反射计 路基沉降监测 光纤传感 应变

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基于布里渊光时域反射仪的边坡监测光纤传感器结构 被引量：14

4

作者 李时宜 李浩 +8 位作者 季文斌 王峰 周霄 袁新宇 张益昕 张旭苹 李海涛 李井增 薄冠中 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第9期107-115,共9页

分布式布里渊光纤传感技术在边坡监测领域中有极大的应用潜力。坡体局部产生的大应变往往会超过光纤的承受能力导致光纤断裂,并且由于系统空间分辨率的限制,难以获得一个准确的测量结果。为适应边坡监测,开发了用于分布式布里渊光纤传... 分布式布里渊光纤传感技术在边坡监测领域中有极大的应用潜力。坡体局部产生的大应变往往会超过光纤的承受能力导致光纤断裂,并且由于系统空间分辨率的限制,难以获得一个准确的测量结果。为适应边坡监测,开发了用于分布式布里渊光纤传感的光纤传感结构,通过管子和滑轮构成具有保护作用的往返式结构,在短距离上增加了传感光纤的长度,不仅扩展了光缆对局部变形的耐受度,同时也提高了应变监测准确度。设计对比校准实验,验证了其在空间分辨率为1 m时的性能,并在人工浅层边坡上进行现场监测实验,验证了其对滑坡监测的有效性。此外,由于光缆在改良装置的保护下不与外界接触,光缆的存活率显著提高。 展开更多

关键词 光纤传感器 布里渊光时域反射仪 边坡监测 应变测量 位移 光时域反射

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空间伸展臂热应变与热变形光纤监测技术 被引量：2

5

作者 黄居坤 王勇 +5 位作者 曾捷 于惠勇 吴肖 卢李 李翔宇 张旭苹 《上海航天（中英文）》 CSCD 2020年第1期70-78,共9页

针对空间伸展臂在热载荷作用下承载特性与形态变化的监测需求,提出了一种基于分布式光纤传感器的伸展臂结构温度、热应变以及热变形集成监测技术。借助ANSYS Workbench有限元分析软件,构建了单端热载荷作用下铝合金空间伸展臂结构热-力... 针对空间伸展臂在热载荷作用下承载特性与形态变化的监测需求,提出了一种基于分布式光纤传感器的伸展臂结构温度、热应变以及热变形集成监测技术。借助ANSYS Workbench有限元分析软件,构建了单端热载荷作用下铝合金空间伸展臂结构热-力模型,分别得到不同局部热载荷下伸展臂轴向温度、热应变以及热变形分布与变化规律。在此基础上,提出了基于有限元分析与热传导理论的两类伸展臂轴向热变形计算方法。构建了分布式光纤传感监测系统,实时监测伸展臂若干关键位置的温度值与应变值,进而反演出结构轴向温度场、应变场连续变化信息。研究表明:采用有限元拟合法与热传导解析法计算所得伸展臂轴向热变形误差分别为5.256%与3.556%。相关成果能够为未来航天器在轨服役状态监测与辨识提供技术支撑。 展开更多

关键词 空间伸展臂 光纤布拉格光栅传感器 热传导 热应变 热变形

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基于Fick扩散理论的气相腐蚀环境氯离子传感器 被引量：1

6

作者 刘喆 曾捷 +3 位作者 李明 周智 卢李 张旭苹 《传感器与微系统》 CSCD 2020年第4期66-69,共4页

根据海洋气相盐雾腐蚀微液膜环境特征,提出了一种基于Fick扩散理论的全固态叉指状氯离子传感器。通过测量电极过渡时间来间接测量微液膜氯离子浓度,并给出了氯离子传感器叉指电极设计规则。该型传感器依次通过溅射、光刻、化学镀膜以及... 根据海洋气相盐雾腐蚀微液膜环境特征,提出了一种基于Fick扩散理论的全固态叉指状氯离子传感器。通过测量电极过渡时间来间接测量微液膜氯离子浓度,并给出了氯离子传感器叉指电极设计规则。该型传感器依次通过溅射、光刻、化学镀膜以及电镀法镀膜等多种工艺制作而成,在0. 1~1 mol/L氯化钠微液膜范围内的校准曲线线性度约为0. 972 5,灵敏度达到2. 38 s1/2/(mol/L),72 h内氯离子浓度测量误差小于4. 2%,呈现良好的稳定性和感知能力。pH值干扰实验结果显示:传感器在pH值2~9范围内测量误差小于7%,表明:该传感器具有较强的抗干扰能力。 展开更多

关键词 微液膜腐蚀环境监测 氯离子浓度 Fick扩散定律 全固态叉指状传感器 计时电位法

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基于机器学习的架空输电线路分布式光纤风速监测方法

7

作者 陈月华 姚文杰 +3 位作者 陈人楷 丁浩 黄宁 张旭苹 《光电子技术》 CAS 2024年第2期96-101,共6页

相位敏感型光时域反射技术(φ-OTDR)与光纤架空复合地线(OPGW)中的既有通信光缆相结合,能够获取架空输电线路沿途风致舞动引发的光纤振动。但是振动信号与实际风速之间的映射规律难以获取,传统上多依赖人工判断。为了解决这个问题,将随... 相位敏感型光时域反射技术(φ-OTDR)与光纤架空复合地线(OPGW)中的既有通信光缆相结合,能够获取架空输电线路沿途风致舞动引发的光纤振动。但是振动信号与实际风速之间的映射规律难以获取,传统上多依赖人工判断。为了解决这个问题,将随机森林算法引入分布式光纤风速监测的数据分析中,在一条全长约44.16 km的220 kV线路上进行了为期3个月的现场实测。实验结果表明,所提出方案能够分布式实时预测风速并评估其对架空输电线路的影响,辅助评估风荷载可能带来的潜在风险,指导后续的运维和改造,确保架空输电线路的安全可靠运行。 展开更多

关键词 分布式光纤传感 架空输电线路 舞动监测 机器学习

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相位敏感光时域反射分布式光纤传感技术 被引量：72

8

作者 张旭苹 丁哲文 +6 位作者 洪瑞 陈晓红 梁蕾 张驰 王峰 邹宁睦 张益昕 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期93-107,共15页

由于散射光的相位变化对外部扰动极其敏感,相位敏感光时域反射(Φ-OTDR)技术具有高响应速度、超高灵敏等特点。相比现有的其他分布式光纤传感技术,Φ-OTDR技术在环境适应性与光缆布设的便捷性方面有明显的优势。本文介绍Φ-OTDR系统的... 由于散射光的相位变化对外部扰动极其敏感,相位敏感光时域反射(Φ-OTDR)技术具有高响应速度、超高灵敏等特点。相比现有的其他分布式光纤传感技术,Φ-OTDR技术在环境适应性与光缆布设的便捷性方面有明显的优势。本文介绍Φ-OTDR系统的原理、结构、性能及应用情况,并对其发展趋势进行展望。 展开更多

关键词 光纤光学 分布式光纤传感 相位敏感光时域反射仪 扰动监测 声波监测

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基于布里渊光时域反射计的紧套型OPGW覆冰厚度监测 被引量：10

9

作者 李浩 王峰 +4 位作者 周霄 袁新宇 李时宜 张益昕 张旭苹 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第11期72-79,共8页

为了获取一个档距内更精细的覆冰厚度分布,针对紧套型光纤复合架空地线(OPGW),提出了一种基于布里渊光时域反射计分布式应变传感能力的覆冰监测技术,并通过实验进行了验证。测量得到OPGW的应变分布,通过力学分析将应变分布转换为重量分... 为了获取一个档距内更精细的覆冰厚度分布,针对紧套型光纤复合架空地线(OPGW),提出了一种基于布里渊光时域反射计分布式应变传感能力的覆冰监测技术,并通过实验进行了验证。测量得到OPGW的应变分布,通过力学分析将应变分布转换为重量分布,进而换算得到具体的覆冰厚度分布。在悬空光缆的模拟实验中,针对均匀负重5 kg和2.5 kg的实验结果误差分别为2.27%和15.77%,验证了此方法的有效性。误差分析表明在实际中OPGW具有更长跨距的情况下,采用较大的空间分辨率可以提高应变测量精度,改善本方法对覆冰分布的测量效果。 展开更多

关键词 光纤复合架空地线 覆冰监测 分布式光纤传感 布里渊光时域反射计 应变测量

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空间柔性充气结构分布式光纤裂纹损伤监测方法 被引量：7

10

作者 何弯弯 曾捷 +4 位作者 夏裕彬 卢李 顾欣 张旭苹 陈浩远 《南京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第3期297-304,共8页

空间柔性充气结构作为一种航天器基本组成单元,在气闸舱、空间居住舱等领域受到越来越多关注。针对此类结构损伤状态的智能辨识,对于目前正在开展的深空与星际探测具有重要意义。为此,本文提出了一种基于分布式光纤传感器的空间充气结... 空间柔性充气结构作为一种航天器基本组成单元,在气闸舱、空间居住舱等领域受到越来越多关注。针对此类结构损伤状态的智能辨识,对于目前正在开展的深空与星际探测具有重要意义。为此,本文提出了一种基于分布式光纤传感器的空间充气结构裂纹损伤实时监测技术。借助ANSYS有限元分析方法,数值模拟得到含裂纹损伤的充气结构模型在不同内压载荷作用下的应变响应与分布规律。在此基础上,通过由芳纶编织而成的柔性充气结构表面布置分布式光纤光栅传感网络,实时采集不同位置与程度损伤对应的表面应变分布与变化信息。提取能够表征结构裂纹特征的辨识参量,建立光纤传感器应变响应差值与裂纹损伤长度之间的关系模型,实现裂纹损伤区域定位与损伤长度识别。研究结果表明,本文所提方法具有非视觉测量、实时性好以及多种功能复用等优点,能够为未来空间柔性充气结构服役状态辨识与在轨快速维护提供技术支撑。 展开更多

关键词 空间柔性充气结构 光纤光栅传感器 应变监测 损伤定位 裂纹长度识别

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Φ-OTDR系统的数字信号处理及应用 被引量：9

11

作者 张驰 邹宁睦 +6 位作者 宋金玉 佟帅 姚媛媛 丁哲文 王峰 张益昕 张旭苹 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2023年第2期1-18,共18页

相位敏感光时域反射(Φ-OTDR)传感系统具有高动态响应、高灵敏等特点,在大型工程结构健康监测领域具有巨大的应用潜力。而Φ-OTDR系统仪器化水平和工程应用很大程度上取决于数字信号处理(DSP)技术。本文对比分析了近年来Φ-OTDR系统在... 相位敏感光时域反射(Φ-OTDR)传感系统具有高动态响应、高灵敏等特点,在大型工程结构健康监测领域具有巨大的应用潜力。而Φ-OTDR系统仪器化水平和工程应用很大程度上取决于数字信号处理(DSP)技术。本文对比分析了近年来Φ-OTDR系统在信号的量化、解调、抑噪以及模式识别上主要的数字信号处理方法和技术,并通过架空输电线路状态监测、埋地电缆外破预警两个应用实例,阐述了工程应用中数字信号处理与行业背景知识相结合的重要性和方法,并对Φ-OTDR系统中数字信号处理方法的发展现状和趋势进行了总结与展望。 展开更多

关键词 相位敏感光时域反射(Φ-OTDR) 外差相干探测 数字信号处理(DSP) 输电线健康监测

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相位光时域反射仪中相位信号噪声抑制的研究

12

作者 钟镇 邹宁睦 +1 位作者 张旭苹 李萌 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期109-119,共11页

噪声的抑制对于相位光时域反射仪实现相位信号的精确测量至关重要。为此,在相干探测型相位光时域反射仪中采取了幅度形式噪声抑制和相位形式噪声抑制的双层处理方法,并且在“慢时间轴”和“快时间轴”两个方向上对相位形式的噪声进行抑... 噪声的抑制对于相位光时域反射仪实现相位信号的精确测量至关重要。为此,在相干探测型相位光时域反射仪中采取了幅度形式噪声抑制和相位形式噪声抑制的双层处理方法,并且在“慢时间轴”和“快时间轴”两个方向上对相位形式的噪声进行抑制。首先,在正交解调时采用数字低通滤波器抑制幅度形式的噪声,以正确求解未解缠绕的包裹相位;接着,在“慢时间轴”方向上采用小波分解与重构的方法实现噪声的抑制,并借助相干探测型相位光时域反射仪相位变化线性分布的空间特征和噪声的随机性同时结合相关计算获得最佳小波分解层数;最后,在“快时间轴”方向上使用整体最小二乘的数据拟合方法进行噪声的抑制。实验结果表明:采用三重降噪得到的相位信号的均方根误差为0.17832 rad,比没有采用“慢时间轴”小波降噪的二重降噪方法降低了23.3%。这表明使用包含“慢时间轴”方向小波降噪的三重降噪方法能够实现更精确的相位信号测量。 展开更多

关键词 光纤光学 光纤传感 相位光时域反射仪 定量测量 噪声抑制 小波降噪

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相位光时域反射仪中信号采样率的双频光倍增

13

作者 钟镇 张旭苹 邹宁睦 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期430-441,共12页

在相位光时域反射仪中引入等时分双频光,提高扰动信号采样率,降低相邻相位的绝对差值,从而使得相位解缠绕正确实现,进而精确重构相位信号。然而,引入双频光使得初相位的不一致变得更加复杂,以致相位信号无法精确重构,即扰动信号的采样... 在相位光时域反射仪中引入等时分双频光,提高扰动信号采样率,降低相邻相位的绝对差值,从而使得相位解缠绕正确实现,进而精确重构相位信号。然而,引入双频光使得初相位的不一致变得更加复杂,以致相位信号无法精确重构,即扰动信号的采样率难以真正得到提升。为此,在等时分双频光相位光时域反射仪中,基于模值最小值的乘积来快速确定参考位置并补偿脉冲序列方向初相位的不一致,对光纤长度方向初相位的不一致进行二次静态补偿。在实验中,当外界扰动为700 Hz的Burst信号时,使用单频探测脉冲光已无法进行正确解缠绕,而使用双重静态补偿方案的等时分双频光相位光时域反射仪却能够精确求解出Burst信号,且正弦部分的均方根误差仅为0.3872 rad,即在相位光时域反射仪中实现了信号采样率的双频光倍增和相位信号的精确重构。 展开更多

关键词 光纤光学 光纤传感 相位光时域反射仪 定量测量 双频光 精确提取

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相位光时域反射仪中声信号测量范围的提升 被引量：3

14

作者 钟镇 张旭苹 邹宁睦 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第13期187-195,共9页

本文提出一种基于辅助光的相位展开的新方法,用来打破传统相位解缠绕算法的限制条件,进而扩大相位信号的测量范围。首先基于相干探测型相位光时域反射仪中缠绕的统计相位,可以求解出参考位置和后续位置之间缠绕的差分相位。然后基于联... 本文提出一种基于辅助光的相位展开的新方法,用来打破传统相位解缠绕算法的限制条件,进而扩大相位信号的测量范围。首先基于相干探测型相位光时域反射仪中缠绕的统计相位,可以求解出参考位置和后续位置之间缠绕的差分相位。然后基于联合脉冲序列按照传统相位解缠绕算法展开缠绕的差分相位,将展开的差分相位求解得到的相位变化曲线叠加在一起。正确实施了传统相位解缠绕算法的光纤位置可以由叠加的相位变化曲线的线性特征获取,因而,基于相位变化的线性特征可以正确地获取扰动源所对应的相位信号。在实验中,一个相邻采样点之间最大绝对相位差值为3.7154的相位信号能够被完美地重构出来。 展开更多

关键词 光纤光学 光纤传感 相位光时域反射仪 定量测量 测量范围

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长距离海缆在线监测改进型C-OTDR系统 被引量：22

15

作者 张旭苹 陈晓红 +6 位作者 梁蕾 赵世松 何如龙 佟帅 王峰 邹宁睦 张益昕 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第13期3-14,共12页

海底光缆承载包括互联网、语音以及跨国公司专线业务等95%以上的国际通信业务,是国际信息化发展的主要载体,对其运行状态的监测具有非常重大的意义。针对下一代海缆系统在监测损耗的同时还需要对外部侵入事件提前预警的需求,设计一种融... 海底光缆承载包括互联网、语音以及跨国公司专线业务等95%以上的国际通信业务,是国际信息化发展的主要载体,对其运行状态的监测具有非常重大的意义。针对下一代海缆系统在监测损耗的同时还需要对外部侵入事件提前预警的需求,设计一种融合Φ-OTDR(Phase-sensitive Optical Time-Domain Reflectometry)的C-OTDR(Coherent Optical Time Domain Reflectometry)海缆在线监测系统,实现单跨距离为127 km的振动和损耗的同步监测。为了寻求Φ-OTDR和C-OTDR在偏振态问题上的冲突解决方案,提出一种基于偏振分集幅度的最优选择算法。采用所提算法可以有效抑制衰落噪声对传感系统的影响,保障对外部扰动事件的重构精度。水流冲击和锚害拖拽等湖试结果表明,本文所研制的改进型C-OTDR系统已经达到设计效果。 展开更多

关键词 光通信 相干探测 相位敏感型光时域反射仪 偏振分集 海缆监测

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基于三维多孔石墨烯和胆甾相液晶胶囊的高效可视化太赫兹探测器 被引量：3

16

作者 肖芮文 肖俊羽 +2 位作者 金萍 张荣轩 王磊 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第17期22-27,共6页

设计一种三维多孔石墨烯(3DPG)辅助胆甾相液晶胶囊(CLCM)的新型功率探测器,用于测量高强度THz波。3DPG在频率为0.5~1.5 THz时具有超过97%的高吸收率。利用温度超灵敏CLCM的热色特性,对稳态下的THz功率进行可视化定量研究,THz功率密度高... 设计一种三维多孔石墨烯(3DPG)辅助胆甾相液晶胶囊(CLCM)的新型功率探测器,用于测量高强度THz波。3DPG在频率为0.5~1.5 THz时具有超过97%的高吸收率。利用温度超灵敏CLCM的热色特性,对稳态下的THz功率进行可视化定量研究,THz功率密度高达2.77×10^2 mW/cm^2,最低探测功率仅为0.009 mW。进一步研究发现,3DPG上溅射少量金纳米颗粒后,THz功率与CLCM的Hue值呈线性关系。该可视化探测器结构简单、便携、成本低廉、高效实用,可应用于THz系统的对准、THz波的光束分析及THz成像和传感中。 展开更多

关键词 探测器 胆甾相液晶胶囊 三维多孔石墨烯 太赫兹探测器 可视化探测

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