分布�光纖傳感�是采用獨特的分布�光纖探測技�,對�光纖傳輸路徑上的空間分布和隨時間變化信息進行測量或監(jiān)控的傳感�。它將傳感光纖沿場排布,可以同時獲得被測場的空間分布和隨時間的變化信�,對于許多工�(yè)應用有許多吸引力�
分布式光纖傳感系�(tǒng)原理是同時利用光纖作為傳感敏感元件和傳輸信號介質(zhì),采用先進的OTDR技術,探測出沿著光纖不同位置的溫度和應變的變化,實�(xiàn)真正分布式的測量�
Micron Optics溫度測量原理是基于Raman散射效應的分布式溫度傳感系統(tǒng);應變測量原理是基于Brillouin散射的分布式溫度和應變傳感系�(tǒng),它可以同時測量溫度和應��
?、俜植际焦饫w傳感系統(tǒng)中的傳感元件僅為光纖�
?、谝淮螠y量就可以獲取整個光纖區(qū)域內(nèi)被測量的一維分布圖,將光纖架設成光柵狀,就可測定被測量的二維和三維分布情況�
?、巯到y(tǒng)的空間分辨力一般在米的量級,因而對被測量在更窄范圍的變化一般只能觀測其平均��
?、芟到y(tǒng)的測量精度與空間分辨力一般存在相互制約關��
?、輽z測信號一般較微弱,因而要求信號處理系�(tǒng)具有較高的信噪比�
?、抻捎谠跈z測過程中需進行大量的信號加法平均、頻率的掃描、相位的跟蹤等處�,因而實�(xiàn)一次完整的測量需較長的時��
1、結(jié)構監(jiān)� : 大型�(jié)構的應力應變和溫度監(jiān)�
(管道, 近海石油平臺, 油井, 大壩, 堤壩, 橋梁, 建筑�, 隧道, 電纜, ...).
2、滲漏探� : 液體或天然氣管道, 工業(yè)處理, 大壩, 罐體.
3、交通運� : 路面的結(jié)冰探�, 鐵路�(jiān)�, ...
4、安全系�(tǒng) : 火情或過熱溫度探�, 電力電纜�(jiān)�, 信號竊聽�(jiān)�, 垃圾處理站監(jiān)�, 山體滑坡�(jiān)�.
5、光纖通信 : 光纖光纜生產(chǎn)在線控制, 光纜維護, 工作光纜應變�(jiān)�, 光纖攙雜物測�.
6、環(huán)境測� : �, 通風和空氣條�(HVAC), 外界海洋,森林,野外場所的長期溫度測��
由于分布式光纖傳感技術能�?qū)崿F(xiàn)大范圍測量場中分布信息的提取,因而它可解決目前測量領域的眾多難題,而分布式光纖傳感器是采用分布式光纖傳感技術的裝置。分布式光纖傳感技術是�70年代末提出的,它是隨著現(xiàn)在光纖工程中仍應用十分廣泛的光時域反�(OTDR)技術的出現(xiàn)而發(fā)展起來的.在這十幾年里,�(chǎn)生了一系列分布式光纖傳感機理和測量系統(tǒng),并在多個領域得以逐步應用.目�,這項技術已成為光纖傳感技術中前途的技術之一�
1、分布式光纖傳感技術的特點
分布式光纖傳感技術具有同時獲取在傳感光纖區(qū)域內(nèi)隨時間和空間變化的被測量分布信息的能力,其基本特征為[1]�
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⑤ 檢測信號一般較微弱,因而要求信號處理系�(tǒng)具有較高的信噪比�
?、蕖∮捎谠跈z測過程中需進行大量的信號加法平�、頻率的掃描、相位的跟蹤等處�,因而實�(xiàn)一次完整的測量需較長的時間.
2、分布式光纖傳感技術研究現(xiàn)狀
分布式光纖傳感技術一�(jīng)出現(xiàn),就得到了廣泛的關注和深入的研究,并且在短短的十幾年里得到了飛速的�(fā)展.依據(jù)信號的性質(zhì),該類傳感技術可分為4類:①利用后向瑞利散射的傳感技術;②利用喇曼效應的傳感技�;③利用布里淵效應的傳感技�;④利用前向傳輸模耦合的傳感技術.
�1是分布式光纖傳感器原理框�
�2總結(jié)了用于構成分布式光纖傳感器系�(tǒng)的各種技�。典型的是利用對特定被測場增敏的傳感光纖,測量沿光纖長度上的基本損耗或散射。通常采用0TDR (光時域反射計)技�,從輸出信息中獲得被測場的空問變化信�。因此,此種連續(xù)分布傳感器可以一定的空間分辨率獲取被測場沿光纖長度的分布。OTDR技術是目前在光纖通訊中作為故�(如斷�)定位和診斷的必不可少的設備�
分布式光纖傳感器最基本的形式是直接采~OTDR探測沿光纖長局部過大的損�(例如由微彎引起了�(chǎn)生的后向散射�)�
最初演示的分布式光纖溫度傳感.是利用了后向散射系數(shù)隨溫度變化的特征 為了提高測量靈敏度,采用了液芯光�。這種方案的缺點是實芯光纖靈敏度極�,液芯光纖又不切實際且接收信號與模式�(jié)構有關�
另一種分布式光纖傳感�,是應用偏振光時域反射計(POTDR)探測單模光纖中瑞利后向散射光偏振�(tài)作為時間函數(shù)的變�。由于單模光纖中雙折射參�(shù)對許多物理量敏感,如應變、壓�� 電場、磁場等。所以這種衍生的OTDR技術具有廣闊的應用潛力�
基本的OTDR技術實�(zhì)上是一種光學雷�。普通雷達和分布式光纖傳感器中應用的光學測距之間在原理上是相似的。為了提高測量的空間分辨�� 又衍生了各種技術,如連續(xù)波調(diào)額測�(FMCW),這些技術本�(zhì)上是光頻域反射技�(OFDR)�
若干研究者報導了利用拉曼散射與溫度的關系構成分布式溫度傳�。一種是用改進的OTDR分析斯托克斯與反斯托克斯后向散射分量之比。最近報導了只測量反斯托克斯分量和雙端拉曼OTDR的分布溫度傳感, 測量長度�950m� 溫度分辨��
此方案主要不足之處是拉曼散射系數(shù)很小� 幾乎比瑞利散射低3個數(shù)量級,因此需要大功率激光器及高增益低噪聲放大器�
近來有人研究了利用稀土光纖的溫度與吸收或與熒光的關系構成分布式溫度傳感。然而利用熒光特性要求稀土光纖有短的熒光壽命。以期達到要求的分辨�,故實現(xiàn)困難�
當前,也開展了利用非線性光學效應構成分布光纖傳�。如研究受澈拉曼放大和光學克爾效應。也報導了采用高雙折射光纖偏振模式耦臺及新穎的干涉方案等�
1、實�(xiàn)單根光纖上多個物理參�(shù)(溫度和應�)或化學參�(shù)的同時測��
2、提高測量系�(tǒng)的測量范�,減少測量時間;
3、提高信號接收和處理系統(tǒng)的檢測能�,提高系�(tǒng)的空間分辨率和測量不確定��
4、基于二維或多維的分布式光纖傳感器網(wǎng)絡將成為光纖傳感器的研究方向�
維庫電子通,電子知識,一查百��
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