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我國學(xué)者在分布式光纖傳感研究方面取得進(jìn)展
2020年12月01日 14:01:02
來源：信息科學(xué)部 點(diǎn)擊量：4338
利用基于光時(shí)域反射(OTDR)技術(shù)的分布式光纖傳感器，可以檢測光纖中光脈沖反射信號(hào)的幅度或相位，從而解調(diào)出光纖各點(diǎn)感應(yīng)到的溫度、應(yīng)變等環(huán)境參量。光纖傳感器的分辨率、檢測距離、檢測時(shí)間等性能與被測反射光信號(hào)的信噪比密切相關(guān)。根據(jù)信息編碼理論，向光纖中注入編碼后的光脈沖，通過檢測反射光信號(hào)的幅度或相位、并通過相關(guān)算法解碼提取出單脈沖的系統(tǒng)響應(yīng)，可在提高檢測信號(hào)信噪比的同時(shí)得到了編碼增益。然而，傳統(tǒng)編/
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在國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(批準(zhǔn)號(hào)：61875018)等資助下，北京郵電大學(xué)洪小斌教授等合作團(tuán)隊(duì)在分布式光纖傳感研究方面取得進(jìn)展。研究成果以“遺傳算法優(yōu)化的分布式光纖傳感器非周期編碼(Genetic-optimised aperiodic code for distributed optical fibre sensors)”為題，于2020年11月13日在《自然·通訊》(NatureCommunications)上在線發(fā)表，論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-020-19201-1。
利用基于光時(shí)域反射(OTDR)技術(shù)的分布式光纖傳感器，可以檢測光纖中光脈沖反射信號(hào)的幅度或相位，從而解調(diào)出光纖各點(diǎn)感應(yīng)到的溫度、應(yīng)變等環(huán)境參量。光纖傳感器的分辨率、檢測距離、檢測時(shí)間等性能與被測反射光信號(hào)的信噪比密切相關(guān)。根據(jù)信息編碼理論，向光纖中注入編碼后的光脈沖，通過檢測反射光信號(hào)的幅度或相位、并通過相關(guān)算法解碼提取出單脈沖的系統(tǒng)響應(yīng)，可在提高檢測信號(hào)信噪比的同時(shí)得到了編碼增益。然而，傳統(tǒng)編/解碼方法中編碼和解碼須采用相同的二進(jìn)制碼，若要恢復(fù)單脈沖響應(yīng)須采用矩陣形式，并且一次只能測量陣列中的一行，陣列中的所有編碼發(fā)送完才能解碼得到單脈沖響應(yīng)。而且，該傳統(tǒng)編碼理論對(duì)矩陣大小有一定要求，會(huì)導(dǎo)致測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜，從而限制了其在分布式傳感系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用。
針對(duì)上述問題，該團(tuán)隊(duì)提出了一種新型編/解碼方法，即采用一組二進(jìn)制隨機(jī)數(shù)將光信號(hào)調(diào)制為光脈沖序列，將其注入到光纖中并檢測反射光信號(hào)，并將這組二進(jìn)制隨機(jī)數(shù)的逆向量作為解碼向量(圖1)。這樣，只需要注入一組隨機(jī)數(shù)即可得到單脈沖的系統(tǒng)響應(yīng)，并且在提高分布式光纖傳感系統(tǒng)性能的同時(shí)實(shí)現(xiàn)快速測量。利用該方法，在基于拉曼散射的拉曼光時(shí)域反射儀(ROTDR)上實(shí)現(xiàn)了10千米光纖長度的實(shí)時(shí)溫度檢測，在100千米光纖長度的布里淵時(shí)域分析(BOTDA)系統(tǒng)上采用723比特編碼，解碼后信號(hào)的信噪比為傳統(tǒng)單脈沖方法的8.5倍。
該項(xiàng)目研究成果將促進(jìn)分布式光纖傳感系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，可服務(wù)于防災(zāi)、市政管道監(jiān)控和油氣管道監(jiān)控等領(lǐng)域。
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