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我國學者在分布式光纖傳感研究方面取得進展
2020年12月01日 14:01:02
來源：信息科學部 點擊量：4353
利用基于光時域反射(OTDR)技術的分布式光纖傳感器，可以檢測光纖中光脈沖反射信號的幅度或相位，從而解調出光纖各點感應到的溫度、應變等環境參量。光纖傳感器的分辨率、檢測距離、檢測時間等性能與被測反射光信號的信噪比密切相關。根據信息編碼理論，向光纖中注入編碼后的光脈沖，通過檢測反射光信號的幅度或相位、并通過相關算法解碼提取出單脈沖的系統響應，可在提高檢測信號信噪比的同時得到了編碼增益。然而，傳統編/
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在國家自然科學基金項目(批準號：61875018)等資助下，北京郵電大學洪小斌教授等合作團隊在分布式光纖傳感研究方面取得進展。研究成果以“遺傳算法優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)上在線發表，論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-020-19201-1。
利用基于光時域反射(OTDR)技術的分布式光纖傳感器，可以檢測光纖中光脈沖反射信號的幅度或相位，從而解調出光纖各點感應到的溫度、應變等環境參量。光纖傳感器的分辨率、檢測距離、檢測時間等性能與被測反射光信號的信噪比密切相關。根據信息編碼理論，向光纖中注入編碼后的光脈沖，通過檢測反射光信號的幅度或相位、并通過相關算法解碼提取出單脈沖的系統響應，可在提高檢測信號信噪比的同時得到了編碼增益。然而，傳統編/解碼方法中編碼和解碼須采用相同的二進制碼，若要恢復單脈沖響應須采用矩陣形式，并且一次只能測量陣列中的一行，陣列中的所有編碼發送完才能解碼得到單脈沖響應。而且，該傳統編碼理論對矩陣大小有一定要求，會導致測量系統設計復雜，從而限制了其在分布式傳感系統中的實際應用。
針對上述問題，該團隊提出了一種新型編/解碼方法，即采用一組二進制隨機數將光信號調制為光脈沖序列，將其注入到光纖中并檢測反射光信號，并將這組二進制隨機數的逆向量作為解碼向量(圖1)。這樣，只需要注入一組隨機數即可得到單脈沖的系統響應，并且在提高分布式光纖傳感系統性能的同時實現快速測量。利用該方法，在基于拉曼散射的拉曼光時域反射儀(ROTDR)上實現了10千米光纖長度的實時溫度檢測，在100千米光纖長度的布里淵時域分析(BOTDA)系統上采用723比特編碼，解碼后信號的信噪比為傳統單脈沖方法的8.5倍。
該項目研究成果將促進分布式光纖傳感系統的產業化進程，可服務于防災、市政管道監控和油氣管道監控等領域。
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