全光纤分布式振动传感技术研究

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1、全光纤分布式振动传感技术研究分布式光纤传感技术是２０世纪７０年代末伴随着光纤传感技术和光纤通信技术的发展而迅速发展起来的。分布式光纤传感技术由于能够获得被测物理场沿空间和时间上的连续分布信息，因而非常适合用于长距离干线的监测。目前，这项技术已成为光纤传感技术中最具前途的技术之一。当前，我国对于油气管道、电网、通信网等基础设施的监测主要是依据设施自身的一些生产参数（如压力突降、中间站油罐液位的不正常变化）和人工巡视、路人的报告等手段。这些手段技术含量低，普遍存在效率低、实时性差、反应时间长、抗干扰能力差等缺陷。常常是监测设施遭受破坏后才能报警，实用性受自然和人为双重因素的制约。

2、这种“亡羊补牢式”的事后检测技术，只能减少而不能避免损失。对长距离通信干线的监测，特别是受电磁干扰的影响，不可能实施依靠电的方式进行传感监测。因此，光纤传感技术将成为进行电力、通信和油气管道等行业的安全监测和预防人为破坏的主要技术手段。但大多数光纤传感系统基于点传感器，这样覆盖大区域或长距离就需要布设大量传感器，导致系统成本和复杂性升高，使应用受限，甚至无法实施。相比之下，分布式光纤传感技术由于传感器布设数量较少，系统相对简单，因此具有更好的应用前景。但目前国际上已开发并商品化的分布式技术较少，且其中多数采用的是温度传感器，而能够准确定位的更是少数。同时，受限于测量低功率短光

3、脉冲反向传输时间的计时要求（大多数基于时域反射计，即ＯＴＤＲ技术）.多数技术只能进行静态或参数变化很少的监控，系统应用范围狭窄，缺乏实用性。而对于干线安全监测系统来说，必须获得实时的、半静态或动态的监测信息及其发生位置，特别是ＯＴＤＲ技术无法检测的瞬间事件。基于以上考虑，我们提出一种新型的干涉型分布式光纤传感系统.通过一系列信号处理过程，此系统可动态实时地对加诸于传感光纤上任意大小的振动信号进行准确定位，具有广泛的应用前景。光纤传感器简介近年来，传感器在朝着灵敏、精确、适应性强、小巧和智能化的方向发展。在这一过程中，光纤传感器这个传感器家族的新成员倍受青睐。光纤传感器是２０世

4、纪７０年代伴随着光导纤维和光纤通讯技术的发展而迅速发展起来的。光纤以其传输损耗小、保密性高、传输带宽大的优点而被广泛应用于通信系统中，除此之外，光纤也可用来作为传感器方面的设计。光纤作为感受外界信号的承受体可以感应温度、位移、电场、应力等的变化。而这些变化则表现为光纤内部结构的某些微观或者介观结构的变化，故在其中传输的光信号也受到影响：传统的传感器以应变＿电量为基础，以电信号为转换及传输的载体，用导线传输电信号，因而使用时受到环境的限制；光纤传感器则是以光信号为变换和传输的载体，利用光纤传输光信号，其优点在于：１）光纤是由石英玻璃制成的，是一种介质、绝缘体，且耐高压、耐腐蚀，

5、能在易燃易爆的环境下可靠运用；２）光纤为无源器件，对被测对象不产生影响：３）光纤体积小，重量轻，可做成任意形状的传感器阵列：４）光纤传感器的载体是光，其频率数量级为１０１４Ｈｚ，从而使传感器频带范围很宽，动态范围很大，且不受电磁场干扰；５）具有极高的灵敏度和分辨率。所有这些，都是普通传感器所无法比拟的。光纤能够在人达不到的地方（如高温区），或者对人有害的地区（如核辐射区），起到人的耳目的作用。而且还能超越人的生理界限，接收人的感官所感受不到的外界信息。而且在当前数据业务爆炸式增长，通信道路越来越拥挤的情况下，以光替代电作为传输手段也是趋势。因此，光纤传感技术将成为进行电力、通

6、信和油气管道等行业的安全监测和预防人为破坏的主要技术手段。美国是研究光纤传感器起步最早、水平最高的国家，在军事和民用领域的应用方面，其进展都十分迅速。在军事应用方面，研究和开发主要包括：用于水下探测的光纤传感器、用于航空监测的光纤传感器、光纤陀螺、用于核辐射检测的光纤传感器等，这些研究都分别由美国空军、海军、陆军和国家宇航局（ＮＡＳＡ）的有关部门负责，并得到许多大公司的资助。美国也是最早将光纤传感器用于民用领域的国家，如运用光纤传感器监测电力系统的电流、电压温度等重要参数，监测桥梁和重要建筑物的应力变化，检测肉类和食品的细菌和病毒等。日本和西欧各国也高度重视光纤传感器的研究，

7、并投入大量经费开展光纤传感器的研究与开发。日本在２０世纪８０年代便制定了“光控系统应用计划”，该计划旨在将光纤传感器用于大型电厂，以解决强电磁干扰和易燃易爆等恶劣环境中的信息测量、传输和生产过程的控制。２０世纪９０年代，由东芝、日本电气等１５家公司和研究机构，研究开发出１２种具有一流水平的民用光纤传感器。西欧各国的大型企业和公司也积极参与了光纤传感器的研发和市场竞争，其中包括英国的标准电讯公司、法国的汤姆逊公司和德国的西门予公司等。我国在２０世纪７０年代末就开始了光纤传感器的研究，其起步时间与国际相差不