基于D-POTDR的分布式光纤传感技术研究

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1、D-POTDR分布式光纤振动传感器摘要：提出一种双偏振态探测结合差分分析的分布式光纤振动传感方法。传感光纤中注入脉冲线偏振光，利用光时域反射计对后向瑞利散射光的两正交偏振态进行同时探测，通过两偏振态差分分析，获得外部振动扰动的分布式探测。实验结果表明，该方法对振动扰动非常敏感，定位精度高，而且结构简单，有非常高的工程实用价值。关键词:振动；分布式光纤传感；探测定位D-POTDRdistributedopticalfibervibrationsensorAbstract:Thispaperproposesadoublepolarizationdetectionaccording

2、tothedistributedopticalfibervibrationsensingmethodofanalysisofthedifference.Linearpolarizedinjectionpulseinthesensingfiber,usingopticaltimedomainreflectometertobackwardRayleighscatteringlightoftwoorthogonalpolarizationdetectionatthesametime,throughtheanalysisofthetwopolarizationdifference,d

3、istributedtoobtainexternalvibrationdisturbancedetection.Theexperimentalresultsshowthatthemethodissensitivetovibrationdisturbance,highpositioningaccuracy,andsimplestructure,hasveryhighengineeringpracticalvalue・Keywords:Vibration;Thedistributedopticalfibersensing;Detectionofpositioning0引言目前安防

4、系统主要使用传统的摄像头和红外线等传感器来进行监视⑴，随着通信行业的发展，光纤探测日益受到人们的青睐。一般情况下，当光缆线路岀现故障时，必需借助光时域反射计図(OpticalTimeDomainReflectometer,OTDR)来进行定位测试。但是传统的0TDR仅能测量光纤线路所产牛的衰减，即只能在光缆已经遭到破坏后使用，而在光纤线路受到微扰时，监测效果并不理想，不能达到提前预警的目的。利闻偏振态对光纤线路的状态很敏感的性质，结合弟分探测处理方法，制作偏振光时域反射il*L3(PolarizationOpticalTimeDomainReflectometer,POTDR

5、),可以精准灵敏地检测出光纤线路是否受到微扰，有助于最低限度避免光缆遭到破坏。本文主要在POTDR分布式光纤振动传感系统的基础上，运用差分的信号处理办法，对偏振态的变化进行检测，并通过软件进行信号采集和图形显示，实现了对沿光纤轴向分布振动源的精确定位。实验显示了这种系统能够实现对沿光纤轴向分布的微弱振动源的定位。采用的方案简单、可靠，易于实施和维护，适合于长距离敷设传感光纤所感知的微弱振动信号探测与精确定位。1D-POTDR分布式光纤振动探测原理外界因素改变光的偏振特性，可通过检测光偏振态的变化反映被测参量⑷。因此可以利用光偏振态来测量外界振动。当光纤振动时，光纤中特定方向的

6、折射率会发生变化，产生感生双折射效应，从而使得入射到振动光纤中的光的偏振态发生改变，而后向瑞利散射光会保持散射点的偏振态不变，这样通过对比振动前与振动后的两偏振态的光强变化，就能分析出扰动点的位置，实现分布式振动传感同。根据后向散射光原理，当脉冲光入射进光纤，经起偏器起偏为偏振光注入到传感光纤后，会在传感光纤中产生后向瑞利散射光⑹。后向瑞利散射甫环行器进入偏振分束器，分成偏振态正交的两路偏振光，分别用两只光电探测器进行光电转换，然后对两探测信号进行湼分运算与放大处理，并由A/D转换器对信号进行采样，送入到嵌入式计算机中进行数据分析、计算，最后通过软件界面显示出波形，观察波形图

7、就可以对振动点进行定位。2D-POTDR实验系统组成图1D-POTDR分布式光纤振动传感系统的总体结构示意图实验系统结构如图1所示。主要由低压电源、脉冲激光器、偏振控制器、起偏器、光环行器、偏振分束器、光电探测器、A/D采样卡、光纤和PC终端机组成。其中低压电源用来给系统供电，脉冲激光器用来发射初始光脉冲信号，偏振控制器使得光信号最人限度地输入探测系统，以降低起偏以后的光功率损失，起偏器用来将输入的光转变为偏振光，光环形器用來引导反向传输光从另一端口输出，从而与输入端口隔离，传感光纤用来感知外界振动，偏