新型连续分布式光纤应变/温度实时监测仪

应变和温变是物体物理特性发生改变的最主要和最直接的表现。本申请从工程基础设施和国防设施长距离、高分辨率、连续分布、实时安全监测的需求出发，在已研制的原理样机基础上，结合应用需求，研制性能优越、性价比高的实时监测新型连续分布式光纤应变/温度监测仪。本项目首次提出利用单频窄线宽布里渊光纤激光器作为相干探测用本振光的新相干探测技术，可有效降低监测系统的复杂度，提高系统的性能和可靠性。并采用调制编码脉冲序列作为探测脉冲，以实现系统大动态范围的同时，提高空间分辨率。设计中还引入了实时频谱分析技术，可解决现有仪器不能进行实时动态监测的问题，使监测仪在实时检测、高分辨率、高性价比等性能指标达到或超过国际先进水平。.本项目不仅将填补我国基于布里渊散射效应的连续分布式光纤传感监测仪的空白，为我国基础工程和国防工程的健康监测提供具有自主知识产权的设备，还将促进我国物联网技术的发展，并产生极大的社会和经济效益。

本项目首次采用单频窄线宽布里渊光纤激光器相干探测本振光、调制编码序列探测脉、实时频谱分析等技术，有效降低了仪器的复杂度，提高了系统的性能和可靠性，在实现大动态范围的同时提高了空间分辨率和传感速率。经测试，所研制的样机在动态范围、测量速度、空间分辨率等性能指标上已经达到国际先进水平，填补了我国该技术的空白。.本项目实施过程中，项目组在权威国际期刊和国际会议上发表论文44篇，其中SCI收录30篇，Ei收录27篇，出版专著一部，在国际国内会议上做口头报告12次，特邀报告5次。培养博士生7名、硕士生6名，申请国家发明专利50项（其中授权18项）、国际发明专利1项，主办国际会议2次，荣获教育部技术发明一等奖一项。项目组通过积极参与主流国际会议、邀请国外专家访问等方式，与美国、英国、加拿大、新加坡等国外同行进行了深入广泛的学术交流与合作。Laser Focus World 以“Brillouin optical time-domain analyzer is sensitive over a 72 km fiber length”为题作为Newsbreaks 做了特别报道，Electronics Letters作为2012年第18期的重点推荐文章，指出“中国首先实现了多波长相干监测BOTDR系统”。..主要研究成果包括：.1、提出了“等效脉冲光拟合法、实时频谱分析技术、单光子探测技术、多波长和频分复用探测光”等一系列创新技术与方法，基于这些方法研制出了可实时监测、空间分辨率优于0.2米的高性价比BOTDR样机。教育部科技成果鉴定专家组的鉴定结论为“创新性强，拥有多项自主知识产权，技术上达到了国内领先、国际先进水平”。该仪器已经成功应用于长距离海底通信光缆、高铁声屏障、电力传输线OPGW等大型工程的健康监测。.2、提出了多波长和频分复用探测光的新技术。在一次传统方法的测量时间内，可获得多次测量的累加效果，有效提高了BOTDR系统的信噪比，缩短了测量时间，提高了传感范围。 .3、首次提出了基于超导纳米线的单光子探测技术，设计并研制了基于高斯门控信号的高速、高探测效率、低暗计数与低后脉冲概率的新型InGaAs/InP雪崩单光子探测器，特别适合现场环境下的高速应用，显著提高了光纤传感系统接收机的灵敏度。