CN111141318B - 一种布里渊光时域对撞机型分布式光纤传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种布里渊光时域对撞机型分布式光纤传感器，包括上支路和下支路；上支路连续光依次经第三偏振控制器、第一马赫增德尔调制器、第二掺铒光纤放大器、第二光环形器、光隔离器、第四偏振控制器，经第二光耦合器后一路经起偏器后进入测试光纤测量动态物理量，另一路进入接收端作为对数归一化的参考；下支路连续光依次经第一偏振控制器、第二马赫增德尔调制器、第一掺铒光纤放大器、第二偏振控制器、第一光环形器后进入测试光纤；在接收端，上支路中另一路光经可调光衰减器、第一光电探测器后进入示波器；本发明对动态物理量测量的采样率不再受光纤长度的制约，对各种光纤非线性及非本地效应具有很好的鲁棒性。
Description
技术领域
本发明涉及分布式光纤传感技术，具体涉及一种布里渊光时域对撞机型分布式光纤传感器。
背景技术
近年来，随着高铁、大型基础设施建筑等的高速发展，其安全性越来越成为各界关注的焦点，从而使得分布式动态传感器越来越受到重视。分布式光纤传感技术由于其本身独特的优点，使得其可在长距离、恶劣环境下对外界信息进行精确感知。作为众多分布式光纤动态传感器之一，基于受激布里渊散射的分布式动态光纤传感器收到了广泛的关注和深入的研究。
目前，布里渊动态光纤传感器主要在缩短布里渊增益谱获取时间、减少曲线平均时间，以最少平均次数获取最佳偏振衰落消除效果等方面取得了进展。从而提高了动态测量采样率。然而，目前对于布里渊动态传感器的研究仍然是在短距离上进行，原因是随着光纤长度的增加，脉冲重复率必须下降以避免传感信息串扰。另外，随着光纤长度的增加，泵浦损耗加剧引起的非本地效应严重影响测量准确度。虽然，降低探测光功率可缓解非本地效应，但由此引来的信噪比下降将导致平均次数的增多和动态测量采样率的进一步降低。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题提出一种可突破光纤长度限制且具有抗非本地效应能力的布里渊光时域对撞机型分布式光纤传感器。
本发明采用的技术方案是：一种布里渊光时域对撞机型分布式光纤传感器，包括用于产生跳频探测光的上支路和用于产生跳频泵浦光的下支路；可调谐激光器输出的连续光经第一光耦合器后分为上支路和下支路；上支路连续光依次经第三偏振控制器、第一马赫增德尔调制器、第二掺铒光纤放大器、第二光环形器、光隔离器、第四偏振控制器，注入80:20的第二光耦合器后分成两路，80％路光经第二光耦合器后一路经起偏器后进入测试光纤测量动态物理量，20％路光进入接收端作为对数归一化的参考；下支路连续光依次经第一偏振控制器、第二马赫增德尔调制器、第一掺铒光纤放大器、第二偏振控制器、第一光环形器后进入测试光纤。
在接收端，20％路光经可调光衰减器、第一光电探测器后进入示波器；第一光环形器的3出口连接第二光电探测器后连接到示波器；第二马赫增德尔调制器通过任意波发生器产生的电跳频脉冲信号驱动；第一马赫增德尔调制器通过任意波发生器产生的低频跳频连续电信号和微波发生器产生的高频连续电信号混频生成的连续高频连续电信号驱动。
进一步的，所述第二光环形器连接光纤布拉格光栅。
进一步的，所述任意波发生器和第二马赫增德尔调制器之间还设置有第一低噪声电放大器。
进一步的，任意波发生器产生的低频跳频连续电信号和微波发生器产生的高频连续电信号通过混频器混频；混频器和任意波发生器之间设置有第二低噪声电放大器；混频器和第一马赫增德尔调制器之间依次设置有第三低噪声电放大器和带通滤波器。
进一步的，所述第一马赫增德尔调制器和第二马赫增德尔调制器均工作在载波抑制双边带调制模式。
基于布里渊光时域对撞机型分布式光纤传感器的探测光偏置追踪的对数归一化方法，上支路的调跳频探测光经第二光耦合器分为两路；其中一路进入测试光纤采集动态温度或应变信号后进入接收端；另一路直接进入接收端作为探测光偏置参考；将两路信号作除并进行对数归一化处理。
基于布里渊光时域对撞机型分布式光纤传感器的数字反馈调节方法，根据上一次第二马赫增德尔调制器产生的跳频泵浦光脉冲间峰值增益的差异对导入任意波形发生器的数字进行多次反向调节，消除光脉冲间峰值增益差异。
本发明的有益效果是：
(1)本发明通过采用跳频探测及泵浦光使受激布里渊散射在光纤特定位置周期性重复发生，动态测量采样率可在突破光纤长度限制的同时避免传感信息串扰；
(2)本发明对动态物理量的测量采样率可通过调节跳频探测及泵浦光的跳频频率数量实现任意调节。
(3)本发明中由于受激布里渊散射作用长度的缩短，非本地效应得到有效抑制，可采用更高功率的探测光以提升信噪比及动态测量采样率。
(4)本发明由于可通过直接探测及低采样率数据采集设备采集传感信息，因此数据量低、潜在实时性好；
(5)本发明具有良好的兼容性，在其他基于受激布里渊散射效应的光纤传感器中提出的提升动态测量采样率的方法大部分都可以与本发明的布里渊光时域对撞机分布式光纤传感器结合，从而进一步提升动态测量采样率。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明实施例中的布里渊增益谱分布测试结果；a采用本发明对数归一化方法用于现有布里渊光时域分析BOTDA传感器的布里渊增益谱分布；b为本发明对数归一化方法和传统对数归一化方法100m处布里渊增益谱分布对比示意图。
图3为本发明实施例的布里渊增益谱分布测试结果；a1为本发明4-频率布里渊光时域对撞机分布式光纤传感器在0到245m处的布里渊增益分布；a2为本发明4-频率布里渊光时域对撞机分布式光纤传感器在95到350m处的布里渊增益分布；a3为本发明4-频率布里渊光时域对撞机分布式光纤传感器在755到1000m处的布里渊增益分布；b1为本发明10-频率布里渊光时域对撞机分布式光纤传感器在0到92m处的布里渊增益分布；b2为本发明10-频率布里渊光时域对撞机分布式光纤传感器在92到194m处的布里渊增益分布；b3为本发明10-频率布里渊光时域对撞机分布式光纤传感器在908到1000m处的布里渊增益分布。
图4为传统布里渊光时域分析、本发明所提出的4-频率及10-频率布里渊光时域对撞机在光纤尾端处的加预应力测试结果图；a为总体布里渊增益谱，b为部分布里渊增益谱放大图。
图5为本采用传统布里渊光时域分析、本发明所提出的4-频率及10-频率布里渊光时域对撞机测量的动态应变对应的结果图；a为三种方法测出的动态应变的对比示意图，b为在10到30μs范围内的放大图。
图6为本采用传统布里渊光时域分析、本发明所提出的4-频率及10-频率布里渊光时域对撞机测量的动态应变对应的频谱图。
图中：1-可调谐激光器，2-第一光耦合器，3-第三偏振控制器，4-第一马赫增德尔调制器，5-第二掺铒光纤放大器，6-连接光纤布拉格光栅，7-第二光环形器，8-光隔离器，9-第四偏振控制器，10-任意波发生器，11-微波发生器，12-混频器，13-第三低噪声电放大器，14-带通滤波器，15-第二低噪声电放大器，16-第一低噪声电放大器，17-第二马赫增德尔调制器，18-第一掺铒光纤放大器，19-第二偏振控制器，20-第一光环形器，21-测试光纤，22-起偏器，23-第二光耦合器，24-可调光衰减器，25-第一光电探测器，26-第二光电探测器，27-示波器，28-第一偏振控制器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
如图1所示，一种布里渊光时域对撞机型分布式光纤传感器，包括用于产生跳频探测光的上支路和用于产生跳频泵浦光的下支路；可调谐激光器1输出的连续光经第一光耦合器2后分为上支路和下支路；上支路连续光依次经第三偏振控制器3、第一马赫增德尔调制器4、第二掺铒光纤放大器5、第二光环形器7、光隔离器8、第四偏振控制器9，经第二光耦合器23后一路经起偏器22后进入测试光纤22测量动态物理量，另一路进入接收端作为对数归一化的参考；下支路连续光依次经第一偏振控制器28、第二马赫增德尔调制器17、第一掺铒光纤放大器18、第二偏振控制器19、第一光环形器20后进入测试光纤21；在接收端，上支路中另一路光经可调光衰减器24、第一光电探测器25后进入示波器27；第一光环形器20的3出口连接第二光电探测器26后连接到示波器27；第二马赫增德尔调制器17通过任意波发生器10产生的电跳频脉冲信号驱动；第一马赫增德尔调制器4通过任意波发生器10产生的低频跳频电脉冲和微波发生器11产生的高频连续电信号混频生成的连续高频电脉冲信号驱动。
第二光环形器7连接光纤布拉格光栅6。
任意波发生器10和第二马赫增德尔调制器17之间还设置有第一低噪声电放大器16。
任意波发生器10产生的低频跳频电脉冲和微波发生器11产生的高频连续电信号通过混频器12混频；混频器12和任意波发生器10之间设置有第二低噪声电放大器15；混频器12和第一马赫增德尔调制器4之间依次设置有第三低噪声电放大器13和带通滤波器14。
第一光耦合器2的耦合比为50:50。
第二光耦合器23的耦合比为80:20。
第一马赫增德尔调制器4和第二马赫增德尔调制器17均工作在载波抑制双边带调制模式。
使用时，可调谐激光器1输出的连续光经50:50经第一光耦合器2后分为两路；在下支路，连续光经第一偏振控制器28调节光偏振态后进入第二马赫增德尔调制器17。马赫增德尔调制器17经任意波发生器10产生的电跳频脉冲信号，经通道1进入第一低噪声电放大器16放大后驱动。然后连续光通过第一掺铒光纤放大器18补偿光功率的损耗，随后通过第二偏振控制器19调整光偏振态，通过第一光环形器20注入测试光纤21。
在上支路中，连续光通过第三偏振控制器3调整其偏振态后进入第一马赫增德尔调制器4产生跳频探测光。此连续高频电脉冲信号通过任意波发生器10产生的低频跳频电脉冲和微波发生器11产生的高频连续电信号混频生成。任意波发生器10产生的低频跳频电脉冲经通道2进入第二低噪声电放大器15后注入混频器12；同时微波发生器11产生的高频连续电信号注入混频器12与任意波发生器10产生的电信号进行混频，然后经第三低噪声电放大器13、带通滤波器14滤波后进入第一马赫增德尔调制器4。随后该跳频探测光进入第二掺铒光纤放大器5补偿损耗，随后进入第二光环形器7及光纤布拉格光栅6后滤除自发辐射噪声及跳频探测光高频边带。然后单边带跳频探测光在先后经光隔离器8和第四偏振控制器9后注入80:20的第二光耦合器23后分成两路。其中80％在经过起偏器22后注入测试光纤21，随后经第一光环形器20进入接收端。而20％路则直接进入接收端。跳频探测光经第四偏振控制器9和起偏器22使得光偏振态对齐保偏光纤某一个主轴，从而抑制偏振模干涉引起的动态应变测量误差。
在接收端，20％路光在经过光可调衰减器24后进入第一光电探测器25，80％路光经第一光环形器20进入第二光电探测器26。然后两路光均进入示波器27进行模数转换。最后通过利用接收的两路信号实现光偏置追踪对数归一化消除光偏振引起的布里渊增益谱变形。
本发明连续跳频探测光和跳频泵浦光脉冲对向传输，在光纤某一区域发生受激布里渊散射效应。原理分析如下：
在光纤往返飞行时间(T＝2nL/c，其中n，L，c分别为有效折射率，传感光纤长度及真空中光速)范围内，N个具有不同跳频频率(f1,f2,…fN)的跳频泵浦光脉冲被陆续且等时间间隔地产生并注入光纤。在这里，任意两个跳频频率间的频率间隔远大于动态测量范围对应的频率范围。与此同时，在光纤往返飞行时间范围内，N个具有不同跳频频率(f1-fs,f2-fs,…fN-fs)的连续跳频探测光被陆续且等时间间隔地产生并从光纤另一端注入光纤。从这里可以看出，当fs在布里渊增益谱附近时，f1泵浦脉冲将与f1-fs探测光部分在光纤中部发生受激布里渊散射过程。同时由于其他探测光部分(即跳频频率为f2-fs,…fN-fs的探测光部分)与f1泵浦脉冲间的频率之差远大于布里渊增益谱范围将不会发生受激布里渊散射。同样，f2泵浦脉冲将只与f2-fs探测光部分发生受激布里渊散射过程。而不会与其他探测光部分反应。因此，随着泵浦脉冲与探测光不断的传输，受激布里渊散射过程将在光纤中部区域持续发生。此时，***动态测量采样周期(即脉冲周期)可在小于在光纤往返飞行时间的同时不发生脉冲间传感信息混叠的问题。此时，***动态测量采样率不再受光纤长度限制且提升了N倍。同时，由于任一泵浦脉冲只与对应的探测光部分(两者间频率差在布里渊增益谱范围)发生受激布里渊散射，因此受激布里渊散射作用长度被缩短。这将有效减弱泵浦脉冲损耗(除光纤固有损耗以外的损耗，该损耗随着光纤长度的增加而累积)，从而缓解非本地效应。对于非本地效应的抑制使得更高功率的探测光可被采用来提高信噪比并进一步提高动态测量采样率。
使用时，任意两个相邻跳频探测光及跳频泵浦光的跳频频率间隔必须远大于动态测量范围对应的频率范围。跳频泵浦光与跳频探测光间的受激布里渊散射只在光纤某特定区域连续周期性发生。任意波发生器10产生的跳频电信号可采用扫描或固定跳频频率的方法实现对动态物理量的测量。对于扫频跳频信号，扫频需大于动态测量范围。对于固定跳频信号，频率应固定在布里渊增益谱线性区间中间。下支路的第二马赫增德尔调制器17经任意波发生器10产生的跳频电信号驱动，产生跳频泵浦光脉冲。
基于布里渊光时域对撞机型分布式光纤传感器的光偏置追踪的对数归一化方法，其特征在于，上支路的跳频探测光经第二光耦合器23分为两路；其中一路进入测试光纤21采集动态温度或应变信号后进入接收端；另一路直接进入接收端作为探测光偏置参考；将两路信号作除并进行对数归一化处理，即可消除探测光偏置抖动引起的布里渊增益谱畸变及测量误差。
基于布里渊光时域对撞机型分布式光纤传感器的数字反馈调节方法，根据上一次第二马赫增德尔调制器17产生的跳频泵浦光脉冲间峰值的增益的差异对导入任意波形发生器16的数字信号进行多次反向调节，补充光脉冲间峰值增益差异。通过多次调节，最大程度消除光脉冲间峰值增益差异，达到最大布里渊增益平坦度。
通过以下测试说明本发明效果。
由于传统布里渊光时域分析BOTDA传感器可采用传统对数归一化的方法。因此将本发明提出的探测光偏置追踪对数归一化方法用于BOTDA中可消除探测光偏置抖动，所得到的布里渊增益谱如图2所示。从图2a可以看出偏置抖动已被有效消除。随后通过与传统对数归一化方法得到的布里渊增益谱的对比可以看出，两种方法所得的布里渊增益谱几乎一致，如图2b所示。进一步说明本发明提出的探测光偏置追踪对数归一化方法的有效性。
将本发明探测光偏置追踪对数归一化方法用于本发明提出的布里渊光时域对撞机BOTDC分布式光纤传感器中；首先对4-频率BOTDC进行实验验证。任意波发生器10每10.2μs陆续发出4个不同频率电跳频脉冲。通过设置电跳频脉冲的频率编码规则及延时分别为1)[1.8,2.2,1,1.4]GHz，0μs；2)[2.2,1,1.4,1.8]GHz，1.5μs，3)[1.4,1.8,2.2,1]GHz，0μs后，对撞区域分别定为在1)0到245m；2)95m到350m；3)755m到1000m。如图3a1、图3a2和图3a3所示。从图中可以看出，1)、不同跳频频率对应的峰值布里渊增益差异小于0.1％，说明所提出的数字反馈调节方法能够有效解决布里渊增益不平坦问题。2)、各区域对应的传感信息皆在脉冲往返飞行时间(10μs)范围内周期性重复出现4次，说明传感器动态测量采样率提升了4倍。
随后对10-频率BOTDC进行实验验证，任意波发生器10每10.2μs陆续发出10个不同频率电跳频脉冲。通过设置电跳频脉冲的频率编码规则分别为：1)[2.25,2.5,2.75,3,3.25,1,1.25,1.5,1.75,2]GHz；2)[2.5,2.75,3,3.25,1,1.25,1.5,1.75,2,2.25]GHz；3)[2,2.25,2.5,2.75,3,3.25,1,1.25,1.5,1.75]GHz(无延时)时。对撞区域分别定为在1)0到92m；2)92到194m；3)908到1000m。如图3b1、图3b2和图3b3所示。从图中可以看出，1)、不同跳频频率对应的峰值布里渊增益差异约为0.1％，说明所提出的数字反馈调节方法能够有效消除布里渊增益差异。2)、各区域对应的传感信息皆在脉冲往返飞行时间(10μs)范围内周期性重复出现10次，说明传感器动态测量采样率提升了10倍。通过进一步增加跳频频率数量，动态测量采样率可进一步提升。
图4为采用传统BOTDA、本发明所提出的4-频率及10-频率BOTDC在光纤尾端处的预应力测试结果示意图。从图4a中可以看出，三种情况下对于布里渊增益谱几乎相同，说明在受到相同应变情况下，所提出的4-频率和10-频率BOTDC与传统BOTDA具有相同的响应。图4b为布里渊增益谱的放大图。
图5为采用传统BOTDA、本发明所提出的4-频率及10-频率BOTDC测量动态应变的结果图。从图中可以看出通过采用4-及10-频率BOTDC，在10.2μs时间范围内，采样点数分别提升了4及10倍。相比与传统BOTDA，4-及10-频率BOTDC的动态测量采样率分别提升了4及10倍。
图6为采用传统BOTDA、本发明所提出的4-频率及10-频率BOTDC测量动态应变的频谱图。从图中可以看出，偏心轮产生的动态应变包含19.75Hz基频及39.49Hz谐频。
本发明传感器对动态物理量的测量采样率不再受光纤长度的限制。通过调节跳频探测及泵浦光的跳频频率数量可实现动态测量采样率的任意调节。对各种光纤非线性及非本地效应具有很好的鲁棒性，从而可采用强探测光提升信噪比并进一步提升动态测量采样率。由于可通过直接探测及低采样率采集设备采集传感信息，因此数据量低、潜在实时性好。具有良好的兼容性，在其他基于受激布里渊散射效应的光纤传感器中提出的提升动态测量采样率的方案大部分都可以与本发明中的布里渊光时域对撞机光纤分布式传感器结合，进一步提升动态测量采样率。
Claims (7)
1.一种布里渊光时域对撞机型分布式光纤传感器，其特征在于，包括用于产生跳频探测光的上支路和用于产生跳频泵浦光的下支路；可调谐激光器(1)输出的连续光经第一光耦合器(2)后分为上支路和下支路；上支路连续光依次经第三偏振控制器(3)、第一马赫增德尔调制器(4)、第二掺铒光纤放大器(5)、第二光环形器(7)、光隔离器(8)、第四偏振控制器(9)，注入80:20的第二光耦合器(23)后分成两路，80％路光经起偏器(22)后进入测试光纤(21)，随后经第一光环形器(20)进入接收端，测量动态物理量，20％路光进入接收端作为对数归一化的参考；下支路连续光依次经第一偏振控制器(28)、第二马赫增德尔调制器(17)、第一掺铒光纤放大器(18)、第二偏振控制器(19)、第一光环形器(20)后进入测试光纤(21)；
在接收端，20％路光经可调光衰减器(24)、第一光电探测器(25)后进入示波器(27)；第一光环形器(20)的3出口连接第二光电探测器(26)后连接到示波器(27)；第二马赫增德尔调制器(17)通过任意波发生器(10)产生的电跳频脉冲信号驱动；第一马赫增德尔调制器(4)通过任意波发生器(10)产生的低频跳频电脉冲和微波发生器(11)产生的高频连续电信号混频生成的连续高频电脉冲信号驱动。
2.根据权利要求1所述的一种布里渊光时域对撞机型分布式光纤传感器，其特征在于，所述第二光环形器(7)连接光纤布拉格光栅(6)。
3.根据权利要求1所述的一种布里渊光时域对撞机型分布式光纤传感器，其特征在于，所述任意波发生器(10)和第二马赫增德尔调制器(17)之间还设置有第一低噪声电放大器(16)。
4.根据权利要求1所述的一种布里渊光时域对撞机型分布式光纤传感器，其特征在于，任意波发生器(10)产生的低频跳频电脉冲和微波发生器(11)产生的高频连续电信号通过混频器(12)混频；混频器(12)和任意波发生器(10)之间设置有第二低噪声电放大器(15)；混频器(12)和第一马赫增德尔调制器(4)之间依次设置有第三低噪声电放大器(13)和带通滤波器(14)。
5.根据权利要求1所述的一种布里渊光时域对撞机型分布式光纤传感器，其特征在于，所述第一马赫增德尔调制器(4)和第二马赫增德尔调制器(17)均工作在载波抑制双边带调制模式。
6.基于如权利要求1～5所述任一种布里渊光时域对撞机型分布式光纤传感器的探测光偏置追踪的对数归一化方法，其特征在于，上支路的跳频探测光经第二光耦合器(23)分为两路；其中一路进入测试光纤(21)采集动态温度或应变信号后进入接收端；另一路直接进入接收端作为探测光偏置参考；将两路信号作除并进行对数归一化处理。
7.基于如权利要求1～5所述任一种布里渊光时域对撞机型分布式光纤传感器的数字反馈调节方法，其特征在于，根据上一次第二马赫增德尔调制器(17)产生的跳频泵浦光脉冲间峰值的增益的差异对导入任意波形发生器(10)的数字信号进行多次反向调节，消除光脉冲间峰值增益差异。
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| CN114389698B (zh) * | 2021-12-24 | 2024-05-14 | 中国电信股份有限公司 | 一种微波信号的产生装置及方法 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB9721629D0 (en) * | 1996-10-31 | 1997-12-10 | Ando Electric | Optical fiber strain-measuring apparatus |
| CN102997949A (zh) * | 2012-12-18 | 2013-03-27 | 华北电力大学（保定） | 基于布里渊散射的温度和应变同时测量方法 |
| CN203758532U (zh) * | 2014-03-31 | 2014-08-06 | 广西师范大学 | 布里渊光纤传感*** |
| CN104181521A (zh) * | 2014-06-24 | 2014-12-03 | 合肥工业大学 | 一种发射多频载波的高距离分辨率雷达 |
| CN206627111U (zh) * | 2017-03-17 | 2017-11-10 | 浙江星天海洋科学技术有限公司 | 基于跳频信号的高速多波束测深*** |
| CN109974760A (zh) * | 2019-01-24 | 2019-07-05 | 西南交通大学 | 一种基于布里渊相移解调的布里渊光时域分析*** |
| CN109981174A (zh) * | 2019-04-09 | 2019-07-05 | 中国科学院半导体研究所 | 基于光环形器的光跳频***及发送机 |
| WO2019221534A1 (ko) * | 2018-05-16 | 2019-11-21 | 한국표준과학연구원 | 시간차를 갖는 펌프광과 탐색광의 위상 코드 변조를 사용하는 광섬유 ｂｏｃｄａ 센서 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5440636A (en) * | 1987-02-27 | 1995-08-08 | Lockheed Sanders, Inc. | Apparatus and method for processing of frequency hopping communications |
| US5546429A (en) * | 1992-11-09 | 1996-08-13 | Motorola, Inc. | Frequency hopping code division multiple access radio communication unit |
| CN104567960B (zh) * | 2015-01-04 | 2017-04-05 | 西南交通大学 | 一种基于相位调制探测光的相干布里渊光时域分析传感*** |
| US10036686B2 (en) * | 2015-03-22 | 2018-07-31 | Ramot At Tel-Aviv University Ltd. | Method and system for an ultimately fast frequency-scanning brillouin optical time domain analyzer |
| CN104977030B (zh) * | 2015-06-04 | 2017-10-03 | 哈尔滨工业大学 | 基于低频任意波的光学捷变频技术的动态分布式布里渊传感装置及方法 |
| CN105675032B (zh) * | 2016-02-19 | 2018-04-24 | 鞍山睿科光电技术有限公司 | 实时动态分布式布里渊光纤传感装置及方法 |
| CN106533547B (zh) * | 2016-10-19 | 2018-12-18 | 全球能源互联网研究院有限公司 | 电力光纤通信线路故障监测装置 |
-
2020
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Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB9721629D0 (en) * | 1996-10-31 | 1997-12-10 | Ando Electric | Optical fiber strain-measuring apparatus |
| CN102997949A (zh) * | 2012-12-18 | 2013-03-27 | 华北电力大学（保定） | 基于布里渊散射的温度和应变同时测量方法 |
| CN203758532U (zh) * | 2014-03-31 | 2014-08-06 | 广西师范大学 | 布里渊光纤传感*** |
| CN104181521A (zh) * | 2014-06-24 | 2014-12-03 | 合肥工业大学 | 一种发射多频载波的高距离分辨率雷达 |
| CN206627111U (zh) * | 2017-03-17 | 2017-11-10 | 浙江星天海洋科学技术有限公司 | 基于跳频信号的高速多波束测深*** |
| WO2019221534A1 (ko) * | 2018-05-16 | 2019-11-21 | 한국표준과학연구원 | 시간차를 갖는 펌프광과 탐색광의 위상 코드 변조를 사용하는 광섬유 ｂｏｃｄａ 센서 |
| CN109974760A (zh) * | 2019-01-24 | 2019-07-05 | 西南交通大学 | 一种基于布里渊相移解调的布里渊光时域分析*** |
| CN109981174A (zh) * | 2019-04-09 | 2019-07-05 | 中国科学院半导体研究所 | 基于光环形器的光跳频***及发送机 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| Fiber Optic Sensing for Geomechanical Monitoring: (1)-Distributed Strain Measurements of Two Sandstones under Hydrostatic Confining and Pore Pressure Conditions;Xue Ziqiu 等;《Applied Sciences》;20181231;第1-18页 * |
| 基于Simplex码的BOTDR数字相干探测技术及算法研究;郝蕴琦 等;《Laser Journal》;20181231;第65-67页 * |
| 基于受激布里渊散射效应的微波光子下变频***;*** 等;《中国激光》;20191231;第46卷(第7期);第1-6页 * |
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