光纖傳感原理9PPT課件

1、北京交大光信息所1 特點特點：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。傳感空間范圍大、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、性價比低，具體而言：1 1：傳感元件僅為光纖；2 2：一次測量就可獲取整個光纖區(qū)域內(nèi)被測量的一維分布圖；3 3. 系統(tǒng)的空間分辨力一般在米的量級，對更窄范圍的變化只能測平均；4 4. 系統(tǒng)的測量精度與空間分辨力一般存在相互制約關(guān)系；5 5. 檢測信號一般較微弱，因而要求信號處理系統(tǒng)具有較高的信噪比；6 6. 在檢測過程中需進(jìn)行大量的信號加法平均、頻率的掃描、相位的跟蹤等處理，因而實現(xiàn)一次完整的測量需較長的時間。引言引言0第1頁/共34頁北京交大光信息所2分布式光纖傳

2、感原理分布式光纖傳感原理1u 瑞利散射u 拉曼散射u 布里淵散射散射型散射型偏振型偏振型相位型相位型熒光型熒光型第2頁/共34頁北京交大光信息所3第3頁/共34頁北京交大光信息所4u 強(qiáng)度調(diào)制型第4頁/共34頁北京交大光信息所5u 偏振調(diào)制型p 基于后向瑞利散射的傳感技術(shù)是現(xiàn)代分布式光纖傳感技術(shù)的基礎(chǔ)，它在80年代初期得到了廣泛的發(fā)展。目前由于技術(shù)難度較大，在這方面的研究者較少，據(jù)我們所知只有：中國、新加坡、意大利等幾個單位在繼續(xù)研究。第5頁/共34頁北京交大光信息所6第6頁/共34頁北京交大光信息所7第7頁/共34頁北京交大光信息所8 基于拉曼散射的分布式溫度傳感技術(shù)是分布式光纖傳感技術(shù)中最

3、為成熟的一項技術(shù)。 對該技術(shù)開展研究工作的主要有英國的King大學(xué)，中國的重慶大學(xué)和中國計量學(xué)院。 目前，該類傳感器的一些產(chǎn)品已出現(xiàn)在國際、國內(nèi)市場，最為著名的是英國York公司的DTS80，它的空間分辨力和溫度分辨力分別能達(dá)到1m、1，測量范圍為48km。第8頁/共34頁北京交大光信息所9第9頁/共34頁北京交大光信息所10第10頁/共34頁北京交大光信息所11第11頁/共34頁北京交大光信息所12傳感應(yīng)用舉例傳感應(yīng)用舉例2泵浦波通過電致伸縮產(chǎn)生聲波，然后引起介質(zhì)折射率周期性調(diào)制。泵浦引起的折射率光柵通過布拉格衍射散射泵浦光，由于多普勒效應(yīng)，散射光產(chǎn)生了頻移：其中，n為光纖纖芯折射率， a為

4、聲波速度， 為入射泵浦光波長。第12頁/共34頁北京交大光信息所13當(dāng)光纖受溫度或者軸向應(yīng)力影響時，布里淵頻移會發(fā)生變化: 考慮到聲波是呈指數(shù)衰減的，布里淵增益譜具有洛侖茲線形其中，g0是布里淵散射峰值增益系數(shù)，B是布里淵散射譜半峰全寬，0為布里淵增益譜的中心頻率.第13頁/共34頁北京交大光信息所14第14頁/共34頁北京交大光信息所15 1550nm窄線寬DFB激光器出射連續(xù)光被C1分為兩條光路：探測光路和參考光路。 5端的輸出作為探測光路，經(jīng)過偏振控制器(PC)，進(jìn)入11 Gbs的電光調(diào)制器(EOM)產(chǎn)生光脈沖，然后經(jīng)過摻鉺光纖放大器(EDFA)放大，再經(jīng)過環(huán)形器1和光纖布拉格光柵FBG

5、1(中心波長為1 550nm，3 dB帶寬為01 nm，反射率為80)組合濾波，濾除放大后的ASE噪聲。最后得到高功率、高消光比、低噪聲的探測脈沖信號。該脈沖信號在進(jìn)入探測光纖前，經(jīng)過一個955的耦合器c2，將5的脈沖信號輸人光示波器監(jiān)控脈沖形狀。探測脈沖經(jīng)過光隔離器通過5050的光耦合器c3分別進(jìn)入兩根傳感光纖. 耦合器C1的95端口輸出的信號作為參考光，通過偏振控制器，進(jìn)入12.5 GHz的電光調(diào)制器，被103 GHz的微波信號調(diào)制成兩個邊頻信號，與返回的頻移約為11GHz的布里淵散射信號混頻后，用探測帶寬為1GHz雙平衡光電探測器進(jìn)行探測。擾偏器(PS)消除信號的偏振噪聲。第15頁/共3

6、4頁北京交大光信息所16第16頁/共34頁北京交大光信息所17 Background OTDR：Barnoski and Jensen，1976; Polarization OTDR(POTDR)：Rodgers,1981； Important technique to produce high sensitive fiber sensor. PrincipleRayleigh scatter in the fiber, the backscattered light , spatial distribution of the polarization property, analyzer e

7、lement ,the polarization information, intensity variation. (please refer to Fig.1.) CharacteristicThe backscattered light is very low, about -50dB ; The same SOP as the incoming light. POTDRPOTDR3第17頁/共34頁北京交大光信息所18Two samples of POTDRA ModelOTDRAttenuatorDetectorPGDFBLAOMPCPolarizerEDFACirculatorFi

8、ber第18頁/共34頁北京交大光信息所19Two samples of POTDR(Continued)B ModelPGDFBLStockesAnalyzerOpticalReceiverDigitizingScopeEDFAEDFAEDFAFiberCirculatorRotatablePolarizer第19頁/共34頁北京交大光信息所20POTDR application Experimental setup OTDRMW9076B7FiberFiberPolarizationControllerFiberPolariserFiber Under StressFiber1 Fiber

9、215Km12KmPolarizationController15 km12 kmFiberAnritsu, MX907600A 第20頁/共34頁北京交大光信息所21 Application to a sensitive stress sensor system 1.Waveforms nearby the location of FUS 第21頁/共34頁北京交大光信息所22 2.Waveforms close to the end第22頁/共34頁北京交大光信息所23 Application to the polarization investigation 1.Location of

10、the polarization variation第23頁/共34頁北京交大光信息所24 2. Simple measurement of polarization variation第24頁/共34頁北京交大光信息所25 3. In-depth measurement of polarization variation第25頁/共34頁北京交大光信息所26POTDR Experiment Improved POTDR systemModulatorPPGMP1632CFiber14KmEDFA 1Filter1PC 1Fresnel reflectionFiberPolariserEDFA

11、 2SDA5000ALeCroyLD1550nmPC 2CouplorFilter2 第26頁/共34頁北京交大光信息所27Experimental resultRayleigh scatter of 14km fiber第27頁/共34頁北京交大光信息所28Fiber2km2kmG Glycerin（甘油）FiberPolariserSDA5000A CouplorDetectorG GlycerinPC脈沖光源脈沖光源瑞利散射2 km(a)(b)020040060080010001200012345678x 10-3t/nsU/v00.050.10.150.20.250.30.350.40

12、.450.5-40-20020406080100120140Frequency (GHz)Power (dB)Pseudospectrum Estimate via MUSIC020040060080010001200-4-3.5-3-2.5x 10-3t/nsU/v00.050.10.150.20.250.30.350.40.450.5-40-20020406080100120140160Frequency (GHz)Power (dB)Pseudospectrum Estimate via MUSIC第28頁/共34頁北京交大光信息所29Conclusions POTDR is more sensitive than OTDR and will be applied to the sensitive fiber-optic sensing system ; POTDR technique is a powerful method to diagnose the polarization properties along the fiber; Shorten the optical pulses, lessen the power loss, and more precise result will be obtaine