分布式光纤传感技术

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1、分布式光纤原理及其应用研究汇报小组：第三组小组成员：崔瑛闫常弘刘婷婷周明军孙鹏吴俊殷娜严晨汇报人：严晨opticalfiber目录分布式光纤传技术的原理.12分布式光纤技术国内外研究现状3分布式光纤传感技术的应用1.分布式光纤传感技术原理·准分布式光纤传感器准分布式光纤传感器是把空间上呈一定规则分布的相同调制类型的光纤传感器耦合到一根或者多根光纤总线上，通过寻址、解调，检测出被测量的大小及空间分布，光纤总线仅起到传光作用。·全分布式光纤传感器全分布式光纤传感器是利用一根光纤作为延伸的传感元件，光纤上的任意一段既是传感单元，又是其他传感单元的信息传输通道，因而可获得被测量沿此光纤在空间和时间上变

2、化的分布消息。1.1光纤基础知识·光纤是光导纤维的简称，是一种重要和常用的波导材料，它利用光的全反射原理将光波能量约束在其界面内，并引导光波沿光纤轴线方向传播。·在将光纤作为传感材料应用前，需掌握光纤：1.结构特性2.机械特性3.损耗等特性2.1基于光纤后向散射的全分布式光纤传感技术依据所监测信号的不同，主要分为基于拉曼（Roman）散射的分布式温度传感器、基于瑞利（Rayleigh）散射的分布式光纤损耗检测传感器及基于布里渊散射（Brillouin）的分布式应变传感器。2.1.1基于OTDR的微弯传感器·1997年Barnoski博士首先提出了光时域反射技术OTDR（OpticalTimeD

3、omainReflection）技术，结合瑞利散射来检测光纤沿线故障检测·微弯型光纤传感器是根据光纤微弯形变引起纤芯或包层中传输的光载波强度变化的原理制成的全光纤型传感器。2.1.2基于自发拉曼散射的光时域散射型（ROTDR）传感器由于拉曼散射由分子热运动引起，所以拉曼散射光可以携带散射点的温度信息，而且反斯托克斯光的幅度强烈依赖于温度，而斯托克斯光则不是，所以可通过测量斯托克斯光与反斯托克斯光的功率比探测温度的变化，其结果消除了光源波动、光纤弯曲等因素的影响，只与沿光纤的温度场有关，因此可长时间保证测温精度。在任何分子介质中，光通过介质时由于入射光与分子运动相互作用会引起频率发生变化的散射称

4、为拉曼散射。分子吸收频率为V0的光子，发射V0-Vi的光子，同时分子从低能态跃迁到高能态（对应为斯托克斯光）；分子吸收频率为V0的光子，发射V0+Vi的光子，同时分子从高能态跃迁到低能态（对应为反斯托克斯光）。2.1.4基于自发布里渊散射的光时域反射型（BOTDR）传感器·在BOTDR中测量的是布里渊散射信号与布里渊散射光频率相关的光纤材料特性主要受温度和应变的影响，因此，通过测定脉冲光的后向布里渊散射光的频移就可实现分布式温度、应变测量。2.1.5基于受激布里渊效应的传感器·基于微波外调制的单激光器环形BOTDA系统，用耦合器将光源分为两路或者根据需要将2根光纤对来实现单端入射，以此简化设备

5、，减少测量时间，并能达到较高的测量精度。（1）基于BOTDA的分布式光纤传感技术（2）基于BOFDA的分布式光纤传感技术·BOFDA是基于测量光纤的传输函数实现对测量点定位的一种传感方法。这个传输函数把探测光和经过光纤传输的泵浦光的复振幅与光纤的几何长度关联起来，通过计算光纤的冲击响应函数确定沿光纤的应变和温度信息。（3）基于BOCDA的分布式光纤传感技术传感光纤两端分别入射连续探测光和连续泵浦光，这两束同步调制光在一个正弦波上产生一个相关的周期峰，并在光电检测器上接收锁相放大器的同步信号。BOCDA技术采用频率调制的连续泵浦光和探测光并求两者相关函数，是一种可大大提高分布式光纤传感系统空间分

6、辨率的技术方案，其实验系统的空间分辨率理论上可达到毫米量级。2.1.7基于相位敏感的光时域反射型（Φ-OTDR）传感器·在OTDR系统中，如果光源的线宽足够窄，相干度很高，那么从光纤的不同部分返回的散射光会发生干涉。利用这种散射光的相干性设计出的相位敏感型光时域反射系统，可以探测出传统OTDR系统无法察觉的弱信号的干扰。·相位敏感性（Φ-OTDR）与传统型OTDR最大的不同就是采用了相干光源，并且要求光源具有窄线宽和低频率漂移特性。2.2长距离干涉传感技术干涉技术最大的优点是干涉检测的灵敏度极高，光纤本身既是传输媒质又是感知元件，光纤上任意一点都是传感单元，能够实现“海量”检测，是一种真正意义

7、上的全分布式光纤传感器。同时相比于后向散射型分布式传感器，干涉仪探测正向传输光信号变化的方向发展，因此测量信噪比和准确率都高得多，传感距离也长得多，数据处理简单，实时性好。干涉仪不仅适合测量静态、半动态信号，更适合于动态信号的检测。·基于光纤干涉仪的准分布式光纤传感技术·基于FBG的准分布式光线传感技术2.分布式光纤传感技术国内外研究现状·在试验室研究方面·海底管道、输油、输气方面·桥梁、隨道、道