第九章分布式光纖傳感技術(shù)

1、2021/3/261 1分布式光纖傳感分布式光纖傳感技術(shù)與應(yīng)用技術(shù)與應(yīng)用2021/3/262 2 分布式光纖傳感技術(shù)分布式光纖傳感技術(shù)利用光波在光纖中傳輸?shù)奶匦岳霉獠ㄔ诠饫w中傳輸?shù)奶匦? ,可沿光纖長(zhǎng)度方可沿光纖長(zhǎng)度方向連續(xù)的傳感被測(cè)量（如溫度、壓力、應(yīng)力和向連續(xù)的傳感被測(cè)量（如溫度、壓力、應(yīng)力和應(yīng)變等）應(yīng)變等）光纖既是傳感介質(zhì)光纖既是傳感介質(zhì), ,又是被測(cè)量的傳輸介質(zhì)。又是被測(cè)量的傳輸介質(zhì)。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn): :可在很大的空間范圍內(nèi)連續(xù)的進(jìn)行傳感可在很大的空間范圍內(nèi)連續(xù)的進(jìn)行傳感, ,是其突出優(yōu)是其突出優(yōu)點(diǎn)。點(diǎn)。傳感和傳光為同一根光纖，傳感部分結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使傳感和傳光為同一根光纖，傳感部分結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，

2、使用方便。用方便。與點(diǎn)式傳感器相比，單位長(zhǎng)度內(nèi)信息獲取成本大大與點(diǎn)式傳感器相比，單位長(zhǎng)度內(nèi)信息獲取成本大大降低，性價(jià)比高。降低，性價(jià)比高。2021/3/263 3分布式光纖傳感器的特征參量分布式光纖傳感器的特征參量空間分辨率空間分辨率指分布式光纖傳感器對(duì)沿光纖長(zhǎng)度分布的被測(cè)量進(jìn)指分布式光纖傳感器對(duì)沿光纖長(zhǎng)度分布的被測(cè)量進(jìn)行測(cè)量時(shí)所能分辨的最小空間距離。行測(cè)量時(shí)所能分辨的最小空間距離。時(shí)間分辨率時(shí)間分辨率指分布式光纖傳感器對(duì)被測(cè)量監(jiān)測(cè)時(shí)指分布式光纖傳感器對(duì)被測(cè)量監(jiān)測(cè)時(shí), ,達(dá)到被測(cè)量的達(dá)到被測(cè)量的分辨率所需的時(shí)間。分辨率所需的時(shí)間。被測(cè)量分辨率被測(cè)量分辨率指分布式光纖傳感器對(duì)被測(cè)量能正確測(cè)量的程

3、度。指分布式光纖傳感器對(duì)被測(cè)量能正確測(cè)量的程度。以上三個(gè)分辨率之間有相互制約的關(guān)系。以上三個(gè)分辨率之間有相互制約的關(guān)系。2021/3/264 4典型的分布式光纖傳感器典型的分布式光纖傳感器4-1 4-1 相位調(diào)制型傳感器相位調(diào)制型傳感器Mach-ZehnderMach-Zehnder干涉式傳感器干涉式傳感器SagnacSagnac干涉式傳感器干涉式傳感器4-2 4-2 散射型傳感器散射型傳感器布里淵散射型光纖傳感器布里淵散射型光纖傳感器拉曼散射型光纖傳感器拉曼散射型光纖傳感器2021/3/265 5M-ZM-Z干涉型光纖傳感器的信號(hào)處理干涉型光纖傳感器的信號(hào)處理信號(hào)處理的目標(biāo)信號(hào)處理的目標(biāo)1)

4、.1).對(duì)干擾事件進(jìn)行定性對(duì)干擾事件進(jìn)行定性通過解調(diào)獲得干擾臂的相位變化通過解調(diào)獲得干擾臂的相位變化, ,進(jìn)而根據(jù)相位進(jìn)而根據(jù)相位變化情況分析干擾產(chǎn)生原因。變化情況分析干擾產(chǎn)生原因。利用利用3 3* *3 3耦合器解調(diào)原理圖耦合器解調(diào)原理圖2021/3/266 6M-ZM-Z干涉型光纖傳感器的信號(hào)處理干涉型光纖傳感器的信號(hào)處理通過順時(shí)針和逆時(shí)針傳輸?shù)南辔皇芨蓴_光通過順時(shí)針和逆時(shí)針傳輸?shù)南辔皇芨蓴_光信號(hào)到達(dá)信號(hào)到達(dá)A A點(diǎn)和點(diǎn)和B B點(diǎn)的時(shí)延差可計(jì)算出產(chǎn)點(diǎn)的時(shí)延差可計(jì)算出產(chǎn)生干擾的位置。生干擾的位置。A A點(diǎn)和點(diǎn)和B B點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)M-ZM-Z干干涉儀兩個(gè)耦合器的位置。涉儀兩個(gè)耦合器的位

5、置。P P點(diǎn)是干擾發(fā)生的位置點(diǎn)是干擾發(fā)生的位置使用時(shí)使干涉儀使用時(shí)使干涉儀兩臂中同時(shí)存在兩臂中同時(shí)存在順時(shí)針和逆時(shí)針順時(shí)針和逆時(shí)針傳輸?shù)墓鈧鬏數(shù)墓?2 )/TLZ V 信號(hào)處理的目標(biāo)信號(hào)處理的目標(biāo)2).2).對(duì)干擾事件進(jìn)行定位對(duì)干擾事件進(jìn)行定位（適用于周界監(jiān)控及管道監(jiān)控等應(yīng)用）（適用于周界監(jiān)控及管道監(jiān)控等應(yīng)用）2021/3/267 7耦合器耦合器C2C2和和C3C3構(gòu)成構(gòu)成M-ZM-Z干涉儀干涉儀在計(jì)算機(jī)中對(duì)在計(jì)算機(jī)中對(duì)PD1PD1和和PD2PD2接接收到的光信號(hào)進(jìn)行互相關(guān)計(jì)收到的光信號(hào)進(jìn)行互相關(guān)計(jì)算算, ,就可以獲得干擾出現(xiàn)的時(shí)就可以獲得干擾出現(xiàn)的時(shí)延差延差, ,繼而實(shí)現(xiàn)干擾定位繼而實(shí)現(xiàn)干擾

6、定位利用M-Z干涉儀進(jìn)行分布式傳感的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2021/3/268 8(2) (2) 光纖光纖SAGNAC干涉型分布式傳感器干涉型分布式傳感器激光器發(fā)出的光經(jīng)耦合器分為兩束分別耦合進(jìn)由同一光激光器發(fā)出的光經(jīng)耦合器分為兩束分別耦合進(jìn)由同一光纖構(gòu)成的光纖環(huán)中纖構(gòu)成的光纖環(huán)中, ,沿相反方向傳輸沿相反方向傳輸, ,并于耦合器處再次并于耦合器處再次發(fā)生干涉。發(fā)生干涉。當(dāng)傳感光纖沒有受到干擾時(shí)當(dāng)傳感光纖沒有受到干擾時(shí), ,干涉現(xiàn)象趨于穩(wěn)定干涉現(xiàn)象趨于穩(wěn)定; ;受到外受到外界干擾時(shí)，正反向兩光束會(huì)產(chǎn)生不同的相移，并于耦合界干擾時(shí)，正反向兩光束會(huì)產(chǎn)生不同的相移，并于耦合器處發(fā)生干涉，干涉信號(hào)的光強(qiáng)與干擾發(fā)生

7、位置具有一器處發(fā)生干涉，干涉信號(hào)的光強(qiáng)與干擾發(fā)生位置具有一定關(guān)系。定關(guān)系。R1 R2 SagnacSagnac干涉儀的另一個(gè)典型應(yīng)用是干涉儀的另一個(gè)典型應(yīng)用是光纖陀螺光纖陀螺, ,即當(dāng)環(huán)形光路有轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)即當(dāng)環(huán)形光路有轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí), ,順逆時(shí)針的光會(huì)有非互易性的光程順逆時(shí)針的光會(huì)有非互易性的光程差差, ,可用于轉(zhuǎn)動(dòng)傳感可用于轉(zhuǎn)動(dòng)傳感2021/3/269 9光纖光纖SAGNAC干涉型分布式傳感器定位原干涉型分布式傳感器定位原理理當(dāng)干擾源信號(hào)是正弦信號(hào)（或形如正弦信號(hào)）時(shí)當(dāng)干擾源信號(hào)是正弦信號(hào)（或形如正弦信號(hào)）時(shí), ,接接收信號(hào)的功率幅值為收信號(hào)的功率幅值為00sin()2ssPP零點(diǎn)頻率發(fā)生在零點(diǎn)頻率發(fā)生

8、在 0, ,.2sN ,12(2)s nulls nullNcfn LR干擾源位置干擾源位置R1R1與第與第N N個(gè)零頻之間的關(guān)系為個(gè)零頻之間的關(guān)系為通過分析接收光通過分析接收光信號(hào)的零頻點(diǎn)位信號(hào)的零頻點(diǎn)位置即可獲得干擾置即可獲得干擾源的位置源的位置2112()/n RRc （上）有干擾時(shí)光強(qiáng)信號(hào)的理論計(jì)算值（下）實(shí)驗(yàn)值（上）有干擾時(shí)光強(qiáng)信號(hào)的理論計(jì)算值（下）實(shí)驗(yàn)值2021/3/2610102 2 散射型光纖傳感器散射型光纖傳感器利用背向瑞利散射利用背向瑞利散射OTDROTDR利用布里淵散射利用布里淵散射B-OTDRB-OTDR、 B-OTDA B-OTDA利用拉曼散射利用拉曼散射R-OTDR

9、R-OTDR2021/3/261111(1)(1)光纖中的背向散射光分析光纖中的背向散射光分析布里淵散射和拉曼散射布里淵散射和拉曼散射在散射前后有頻移在散射前后有頻移, ,是非是非彈性散射彈性散射斯托克斯光反斯托克斯光2021/3/261212(2)BOTDR(2)BOTDR光時(shí)域布里淵散射光纖傳感器光時(shí)域布里淵散射光纖傳感器布里淵散射產(chǎn)生機(jī)理布里淵散射產(chǎn)生機(jī)理是入射光與聲波或傳播的壓力波相互作用的結(jié)果是入射光與聲波或傳播的壓力波相互作用的結(jié)果, ,這個(gè)傳這個(gè)傳播的壓力波等效于一個(gè)以一定速度移動(dòng)的密度光柵。因此播的壓力波等效于一個(gè)以一定速度移動(dòng)的密度光柵。因此布里淵散射可以看成是入射光在移動(dòng)光

10、柵上的散射。布里淵散射可以看成是入射光在移動(dòng)光柵上的散射。多普勒效應(yīng)使散射光頻率不同于入射光。多普勒效應(yīng)使散射光頻率不同于入射光。2021/3/261313BOTDRBOTDR布里淵散射布里淵散射量子光學(xué)描述量子光學(xué)描述: :入射光波（泵浦）與介質(zhì)內(nèi)彈性聲波入射光波（泵浦）與介質(zhì)內(nèi)彈性聲波場(chǎng)作用中場(chǎng)作用中, ,一泵浦光子湮滅產(chǎn)生一聲學(xué)聲子和散射一泵浦光子湮滅產(chǎn)生一聲學(xué)聲子和散射(Stokes)(Stokes)光子。光子。散射光與泵浦波的傳播方向相反散射光與泵浦波的傳播方向相反, ,與入射波的頻移（與入射波的頻移（在在1.55mm1.55mm處）約為處）約為:f :fB B=11.1GHZ=11

11、.1GHZ。分為自發(fā)布里淵散射和受激布里淵散射兩種分為自發(fā)布里淵散射和受激布里淵散射兩種2021/3/261414BOTDRBOTDR傳感原理傳感原理布里淵散射斯托克斯光相對(duì)于入射光的頻移為布里淵散射斯托克斯光相對(duì)于入射光的頻移為: :cnvvvsB02介質(zhì)折射率介質(zhì)折射率入射光頻率入射光頻率介質(zhì)中聲速介質(zhì)中聲速)21)(1 ()1 (kkEkvs介質(zhì)的楊氏模量介質(zhì)的楊氏模量介質(zhì)密度介質(zhì)密度泊松比泊松比溫度溫度應(yīng)力應(yīng)力熱光效應(yīng)熱光效應(yīng)彈光效應(yīng)彈光效應(yīng)折射率折射率變化變化聲速聲速變化變化調(diào)制介質(zhì)的調(diào)制介質(zhì)的E E、k k、密度、密度布里淵頻布里淵頻移變化移變化2021/3/261515BOTDR

12、BOTDR傳感原理傳感原理布里淵散射光頻移會(huì)隨著溫度和光纖應(yīng)變的上升布里淵散射光頻移會(huì)隨著溫度和光纖應(yīng)變的上升而線性增加而線性增加: : fB=fB0+ f TT()+ f () 布里淵散射光功率會(huì)隨溫度的上升而線性增加布里淵散射光功率會(huì)隨溫度的上升而線性增加, ,隨隨應(yīng)變?cè)黾佣€性下降應(yīng)變?cè)黾佣€性下降: : PB=PB0+ P TT()+ P ()通過測(cè)量布里淵通過測(cè)量布里淵散射光散射光頻移頻移和光功率和光功率, ,就可以求得被測(cè)量就可以求得被測(cè)量點(diǎn)的溫度和應(yīng)力的大小。點(diǎn)的溫度和應(yīng)力的大小。 通過測(cè)量布里淵通過測(cè)量布里淵散射光散射光頻移頻移和光功率和光功率, ,就可以求得被測(cè)量就可以求得被

13、測(cè)量點(diǎn)的溫度和應(yīng)力的大小。點(diǎn)的溫度和應(yīng)力的大小。 2021/3/261616ROTDR ROTDR 時(shí)域背向拉曼散射分布式光纖傳感器時(shí)域背向拉曼散射分布式光纖傳感器當(dāng)光纖局域位置當(dāng)光纖局域位置(L=L(L=Lo o處處) )的溫度變化時(shí)的溫度變化時(shí), ,調(diào)制了光纖拉調(diào)制了光纖拉曼散射光子通量曼散射光子通量, ,也就是光纖拉曼背向散射的溫度調(diào)也就是光纖拉曼背向散射的溫度調(diào)制機(jī)理。制機(jī)理。反斯托克斯拉曼散射對(duì)溫度的敏感系數(shù)比斯托克斯反斯托克斯拉曼散射對(duì)溫度的敏感系數(shù)比斯托克斯拉曼散射要大得多。因此通常都將反斯托克斯拉曼拉曼散射要大得多。因此通常都將反斯托克斯拉曼散射用作信號(hào)通道散射用作信號(hào)通道,

14、,作為計(jì)算溫度的主要依據(jù)。作為計(jì)算溫度的主要依據(jù)。30 km30 km的的FGC-30FGC-30拉曼測(cè)溫系統(tǒng)，其空間分辨率為拉曼測(cè)溫系統(tǒng)，其空間分辨率為3m3m、溫度分辨率為溫度分辨率為0.10.1、測(cè)溫范圍為、測(cè)溫范圍為0 0+100+1002021/3/261717測(cè)溫原理測(cè)溫原理Is斯托克斯光光強(qiáng)斯托克斯光光強(qiáng)反斯托克斯光光強(qiáng)反斯托克斯光光強(qiáng)溫度變化溫度變化斯托克斯光斯托克斯光: :波長(zhǎng)大于入射光波長(zhǎng)大于入射光反斯托克斯光反斯托克斯光: :波長(zhǎng)小于入射光波長(zhǎng)小于入射光測(cè)溫原理測(cè)溫原理:Ias/Isae-kcv/kTIasIs不變不變Ias變化變化2021/3/261818同步控制光源恒

15、溫耦合器耦合器濾波器濾波器探測(cè)器數(shù)據(jù)采集與處理后臺(tái)控制StokesAnti-Stokes傳感光纖測(cè)溫區(qū)域2021/3/261919拉曼散射強(qiáng)度比瑞利散射強(qiáng)度低拉曼散射強(qiáng)度比瑞利散射強(qiáng)度低2030dBm,2030dBm,要求脈要求脈沖峰值功率很高沖峰值功率很高; ;拉曼散射只受到環(huán)境溫度的影響拉曼散射只受到環(huán)境溫度的影響, ,而對(duì)應(yīng)力變化不而對(duì)應(yīng)力變化不敏感敏感; ;相對(duì)基于喇曼散射的傳感系統(tǒng)來說相對(duì)基于喇曼散射的傳感系統(tǒng)來說,基于布里淵散射的傳感系統(tǒng)基于布里淵散射的傳感系統(tǒng):1）它能同時(shí)對(duì)溫度和應(yīng)力進(jìn)行探測(cè)）它能同時(shí)對(duì)溫度和應(yīng)力進(jìn)行探測(cè);2）探測(cè)作用距離遠(yuǎn)）探測(cè)作用距離遠(yuǎn),能達(dá)到能達(dá)到100公

16、里公里, 空間分辨率達(dá)到空間分辨率達(dá)到5米米;3）成本費(fèi)用低。）成本費(fèi)用低。2021/3/262020BOTDRBOTDR布里淵頻移系數(shù)布里淵頻移系數(shù)對(duì)于溫度的布里淵頻移系數(shù)是對(duì)于溫度的布里淵頻移系數(shù)是1.22M/度（度（1310nm）,1M/度（度（1550nm）對(duì)于應(yīng)力的布里淵頻移系數(shù)是對(duì)于應(yīng)力的布里淵頻移系數(shù)是581M/%（1310nm）,493M/%（1550nm）溫度的影響較小溫度的影響較小。2021/3/262121BOTDRBOTDR與與BOTDA( BOTDA( BRILLOUIN OPTICAL TIME DOMAIN BRILLOUIN OPTICAL TIME DOMAI

17、N ANALYSISANALYSIS) )BOTDRBOTDR系統(tǒng)從一端輸入泵浦脈系統(tǒng)從一端輸入泵浦脈沖沖, ,在同一端檢測(cè)返回信號(hào)的中在同一端檢測(cè)返回信號(hào)的中心波長(zhǎng)和功率。使用方便心波長(zhǎng)和功率。使用方便, ,但自但自發(fā)布里淵散射信號(hào)很微弱發(fā)布里淵散射信號(hào)很微弱, ,檢測(cè)檢測(cè)困難。困難。在在BOTDABOTDA中中, ,處于光纖兩端的可處于光纖兩端的可調(diào)諧激光器分別將一脈沖光（泵調(diào)諧激光器分別將一脈沖光（泵浦光）與一連續(xù)光（探測(cè)光）注浦光）與一連續(xù)光（探測(cè)光）注入傳感光纖。利用受激布里淵散入傳感光纖。利用受激布里淵散射效應(yīng)射效應(yīng), ,散射光強(qiáng)度更強(qiáng)散射光強(qiáng)度更強(qiáng)2021/3/262222BOT

18、DRBOTDR定位原理定位原理對(duì)一定頻譜范圍連續(xù)不斷的進(jìn)行循環(huán)掃描對(duì)一定頻譜范圍連續(xù)不斷的進(jìn)行循環(huán)掃描, ,獲得各個(gè)時(shí)間段上的光譜獲得各個(gè)時(shí)間段上的光譜, ,并將時(shí)間與位并將時(shí)間與位置相對(duì)應(yīng)置相對(duì)應(yīng), ,即可獲得沿光纖各位置處的布即可獲得沿光纖各位置處的布里淵頻譜圖，并獲得異常的布里淵頻移量里淵頻譜圖，并獲得異常的布里淵頻移量和散射光功率。和散射光功率。2021/3/2623232021/3/262424BOTDRBOTDR優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn): :1. 1. 連續(xù)分布式測(cè)量溫度和應(yīng)變連續(xù)分布式測(cè)量溫度和應(yīng)變2. 2. 高溫度和應(yīng)變分辨率高溫度和應(yīng)變分辨率4. 4. 高空間分辨率高空間分辨率5

19、. 5. 超長(zhǎng)傳感范圍超長(zhǎng)傳感范圍( (超過超過8080公里公里) )6. 6. 同一根光纖既可用于傳感同一根光纖既可用于傳感, ,也可用于通信也可用于通信缺點(diǎn)缺點(diǎn): :需要激光器的輸出穩(wěn)定、線寬窄需要激光器的輸出穩(wěn)定、線寬窄, ,對(duì)光源和控制系統(tǒng)的對(duì)光源和控制系統(tǒng)的要求很高要求很高; ;由于自發(fā)布里淵散射相當(dāng)微弱（比瑞利散射約小兩個(gè)由于自發(fā)布里淵散射相當(dāng)微弱（比瑞利散射約小兩個(gè)數(shù)量級(jí)）數(shù)量級(jí)）, ,檢測(cè)比較困難，要求信號(hào)處理系統(tǒng)具有較高檢測(cè)比較困難，要求信號(hào)處理系統(tǒng)具有較高的信噪比的信噪比; ;由于在檢測(cè)過程中需進(jìn)行大量的信號(hào)加法平均、頻率由于在檢測(cè)過程中需進(jìn)行大量的信號(hào)加法平均、頻率的掃描

20、等處理的掃描等處理, ,因而實(shí)現(xiàn)一次完整的測(cè)量需較長(zhǎng)的時(shí)間因而實(shí)現(xiàn)一次完整的測(cè)量需較長(zhǎng)的時(shí)間, ,實(shí)時(shí)性不夠好。實(shí)時(shí)性不夠好。2021/3/262525檢測(cè)檢測(cè)30km 30km 光纖沿線的應(yīng)變光纖沿線的應(yīng)變, ,空間分辨力可達(dá)空間分辨力可達(dá)1m1m。應(yīng)變精度應(yīng)變精度: 20 e (0.002%): 20 e (0.002%)溫度精度溫度精度 : 1: 1C C取樣時(shí)間取樣時(shí)間 : 20 s : 20 s 至至 5 min (5 min (典型值典型值:2 min) :2 min) 2021/3/262626（3 3）ROTDRROTDR光時(shí)域拉曼散射光纖傳感器光時(shí)域拉曼散射光纖傳感器拉曼散射

21、產(chǎn)生機(jī)理拉曼散射產(chǎn)生機(jī)理: :在任何分子介質(zhì)中在任何分子介質(zhì)中, ,光通過介質(zhì)時(shí)由于入射光與分子運(yùn)光通過介質(zhì)時(shí)由于入射光與分子運(yùn)動(dòng)相互作用會(huì)引起的頻率發(fā)生變化的散射動(dòng)相互作用會(huì)引起的頻率發(fā)生變化的散射, ,此過程為拉此過程為拉曼散射曼散射量子力學(xué)描述量子力學(xué)描述: :分子吸收頻率為分子吸收頻率為 V V0 0的光子的光子, ,發(fā)射發(fā)射V V0 0-V-Vi i的光的光子，同時(shí)分子從低能態(tài)躍遷到高能態(tài)（對(duì)應(yīng)斯托克斯光子，同時(shí)分子從低能態(tài)躍遷到高能態(tài)（對(duì)應(yīng)斯托克斯光）; ;分子吸收頻率為分子吸收頻率為V V0 0的光子，發(fā)射的光子，發(fā)射V V0 0+V+Vi i的光子，同時(shí)的光子，同時(shí)分子從高能態(tài)

22、躍遷到低能態(tài)（反斯托克斯光）。分子從高能態(tài)躍遷到低能態(tài)（反斯托克斯光）。2021/3/262727ROTDRROTDR傳感原理傳感原理拉曼散射由分子熱運(yùn)動(dòng)引起拉曼散射由分子熱運(yùn)動(dòng)引起, ,所以拉曼散射光可所以拉曼散射光可以攜帶散射點(diǎn)的溫度信息。以攜帶散射點(diǎn)的溫度信息。反斯托克斯光的幅度強(qiáng)烈依賴于溫度反斯托克斯光的幅度強(qiáng)烈依賴于溫度, ,而斯托克而斯托克斯光則不是。斯光則不是。則通過測(cè)量斯托克斯光與反斯托則通過測(cè)量斯托克斯光與反斯托克斯光的功率比克斯光的功率比, ,可以探測(cè)到溫度的變化。可以探測(cè)到溫度的變化。由于自發(fā)拉曼散射光一般很弱，比自發(fā)布里淵由于自發(fā)拉曼散射光一般很弱，比自發(fā)布里淵散射光還

23、弱散射光還弱10dB10dB，所以必須采用高輸入功率，所以必須采用高輸入功率，且需對(duì)探測(cè)到的后向散射光信號(hào)取較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)且需對(duì)探測(cè)到的后向散射光信號(hào)取較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的平均值。的平均值。此方法上世紀(jì)此方法上世紀(jì)8080年代就已被提出，并商用化。年代就已被提出，并商用化。2021/3/262828ROTDRROTDR傳感原理傳感原理基于自發(fā)拉曼散射的分布式光纖溫度傳感器原理光纖中自發(fā)拉曼散射的反斯托克斯光與溫度緊密光纖中自發(fā)拉曼散射的反斯托克斯光與溫度緊密相關(guān)。常溫下相關(guān)。常溫下(T=300K)(T=300K)其溫敏系數(shù)為其溫敏系數(shù)為8/8/。 采用反斯托采用反斯托克斯與斯托克斯比值的分布式光纖溫度測(cè)量

24、克斯與斯托克斯比值的分布式光纖溫度測(cè)量, ,其結(jié)果消除了其結(jié)果消除了光源波動(dòng)、光纖彎曲等因素的影響光源波動(dòng)、光纖彎曲等因素的影響, ,只與沿光纖的溫度場(chǎng)有只與沿光纖的溫度場(chǎng)有關(guān)關(guān), ,因此可長(zhǎng)時(shí)間保證測(cè)溫精度。因此可長(zhǎng)時(shí)間保證測(cè)溫精度。2021/3/262929幾種散射式傳感技術(shù)的比較幾種散射式傳感技術(shù)的比較應(yīng)用場(chǎng)合應(yīng)用場(chǎng)合優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)缺點(diǎn)OTDROTDR斷點(diǎn)、損斷點(diǎn)、損傷檢測(cè)傷檢測(cè)連續(xù)顯示衰減情連續(xù)顯示衰減情況況有盲區(qū)有盲區(qū)BOTDRBOTDR應(yīng)力、溫應(yīng)力、溫度度測(cè)量精度和分辨測(cè)量精度和分辨率高率高要求極窄線寬、可調(diào)線要求極窄線寬、可調(diào)線寬激光器；交叉干擾；寬激光器；交叉干擾；功率低功率低B

25、OTDABOTDA應(yīng)力、溫應(yīng)力、溫度度測(cè)量精度和分辨測(cè)量精度和分辨率高，大動(dòng)態(tài)范率高，大動(dòng)態(tài)范圍圍系統(tǒng)復(fù)雜；兩端測(cè)量；系統(tǒng)復(fù)雜；兩端測(cè)量；不能檢測(cè)斷點(diǎn)；交叉干不能檢測(cè)斷點(diǎn)；交叉干擾擾ROTDRROTDR溫度溫度較高測(cè)溫精度較高測(cè)溫精度返回的信號(hào)弱，大功率返回的信號(hào)弱，大功率光源光源2021/3/263030(5)(5)分布式光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用分布式光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用2021/3/263131分布式光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用分布式光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用周界防護(hù)周界防護(hù)光纜傳感監(jiān)控系統(tǒng)工程施工實(shí)例根據(jù)防范的不同場(chǎng)合和要求根據(jù)防范的不同場(chǎng)合和要求, ,光纖可以構(gòu)成各種形狀光纖可以構(gòu)成各種形狀, ,環(huán)置環(huán)置于需要防范的周界處的適當(dāng)于需要防范的周界處的適當(dāng)位置位置, ,當(dāng)入侵者侵入時(shí)，系統(tǒng)當(dāng)入侵者侵入時(shí)，系統(tǒng)都會(huì)發(fā)出告警信號(hào)都會(huì)發(fā)出告警信號(hào)2021/3/263232光波所為國慶光波所為國慶6060周年通州閱兵村提供的光周年通州閱兵村提供的光纜預(yù)警系統(tǒng)采用的就是分布式光纖傳感技術(shù)纜預(yù)警系統(tǒng)采用的就是分布式光纖傳感技術(shù)2021/3/263333分布式光纖傳感技術(shù)用于航空領(lǐng)域的多參量監(jiān)測(cè)分布式光纖傳感技術(shù)用于航空領(lǐng)域的多參量監(jiān)測(cè)太空飛船太空飛