9distributedfibersensor分布式光纖傳感器.

1、分布式光纖傳感技術(shù)分布式光纖傳感技術(shù)A 利用光波在光纖中的傳輸特性，可以沿光纖長(zhǎng)度方向連續(xù) 的傳感被測(cè)量（如溫度、壓力、振動(dòng)等）。光纖即是傳感介質(zhì)，又是被測(cè)童的傳輸介質(zhì)。優(yōu)點(diǎn):1、 可再很大的空間范圍內(nèi)連續(xù)的進(jìn)行傳感。2、 傳感和傳光為同一根光纖，傳感部分纟古構(gòu)簡(jiǎn)單使用方便。3、 與點(diǎn)式傳感器相比，單位長(zhǎng)度內(nèi)信息獲取成本降低，性價(jià)比高。Fig. I Distributed fiber sensors are well suited to monitor long ID stnicture like a road er a pipe, but also can be installed to s

2、urvey a large 2D area like n surface or a slope,Laacr sourcent*cror even an enrire 3D smicfure like n rank or a building.分布式光纖傳感器的基本原理菜統(tǒng)特征參量A 空間分辨率傳感距離光纖中的散射主要包括折射率不均勻引起的瑞利散射、光頻 聲子引起的拉曼散射和聲頻聲子引起的布里淵散射。v0- 13THzvo-10GHzvovc+HGHz被測(cè)量分辨率傳感時(shí)間分類(lèi)線性過(guò)程非線性過(guò)程光纖中的光散射v0+13THz光時(shí)域反射技術(shù)基于瑞利散射的分布式光纖傳感技術(shù)（OTDR）單脈沖光纖損耗測(cè)

3、量基本原理 .Sensing fiberP:瑞利散射光功率T：脈沖寬度S=O.25NA/zNA:光纖數(shù)值孔徑 舁：光纖折射率 5：瑞利散射因子v/群速度：光纖損耗Z：被測(cè)位置P(z) = |毗s%(z九exp (- 2%)EOMI*；deni 5P.rvaticr peraiito peptP.r3bcr A pond3 qpapefiW制電壓OTDR系統(tǒng)示意圖怎位原理Piwer|】=10sin：withIncidentbeam空間分辨率與脈沖寬度有關(guān)與探測(cè)器帶寬有關(guān)C12n 2AfAx = maxAx/W,測(cè)時(shí)間光信號(hào)在光纖中的傳輸時(shí)間2nL信號(hào)處理時(shí)間功率長(zhǎng)脈沖L *燦休沖JT 傳感距離v

4、空間分辨率型a Example：3 bitSimplex Coding &Decoding被測(cè)點(diǎn)傳感光纖OTDR tiacvs w ith singlv pulses和JL(rriR traces with vodrei pulses1011n n|峪(1如：1 I 1 * *)岡卜ST弘仃）=0-111仏)J1-川仏K WF)jJ腫你”嚴(yán)刃怦,ojjn_Single piihvs combinedto h matrixS-Matrixzirv linear comhiiuitionof single pulse tracesNW)一曲)+敢) 仏呼十妁+M) ； )W(Q + S+勺

5、)Dr-coding :u-hicvcd by linear piiiccssing of coded tracesSNR Enhancement二=2VL距離刖片酬：）+即+2叭葉、屮noise reductionso One-way decoded OTDR trace釆用相干探測(cè)技術(shù)的OTDR (COTDR)特點(diǎn):1、 降低EDFA引入的ASE噪聲2、 采用窄線寬激光器，可使探測(cè)波長(zhǎng)遠(yuǎn)離通信信道3、 探測(cè)器動(dòng)態(tài)范圍大實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較(ap)One-way conventional OTDR traceso5040201040D stance (km)One-way OTDR trace (1

6、 codeword)wE.g1Intra scattering cell Inter scattering cells SMF * / /相干瑞利噪聲(CRN)Down stream lineC-OTDRCOTDR測(cè)賢過(guò)程線寬為的光源相干長(zhǎng)度n.B二WMOdWlil偏振OTDR ( POTDR ) POTDR測(cè)量的是脈沖光在光纖沿線產(chǎn)生的瑞利散 射光的偏振態(tài)沿光纖長(zhǎng)度上的變化。光纖中的雙折射雙折射通常定義為單 模光纖中兩個(gè)相互正交的偏振基模沿光纖軸向傳播常數(shù)差邙=0廠卩、=2歡-心1九光纖中產(chǎn)生雙折射的原因：殘余應(yīng)力、線芯不均勻，彎曲，扭曲，外加電場(chǎng)，磁場(chǎng)等POTDR傳感原理脈沖激光器起偏器耦

7、合器信號(hào)處理-信號(hào)采集 探測(cè)器一檢偏器山于光纖的雙折射易受多種因素的影響，且對(duì)影響十分敬感。光纖中光 波的偏振態(tài)在外界影響下會(huì)緩慢變化。通常POTDR系統(tǒng)在對(duì)光纖外部 擾動(dòng)棗件進(jìn)行測(cè)量時(shí)，多采取短時(shí)間內(nèi)反復(fù)測(cè)覺(jué)并進(jìn)行對(duì)比的方式來(lái)對(duì) 外界影響進(jìn)行檢驗(yàn)。:電P-OTDRCurve xl1.01.00.8J0.40005001500Distancc(m)2000-1.0POTDR逐點(diǎn)頻譜分析法Step itSiepiStep ittStep iv0.8500100015002000Distancc(m)50010001500n；u2rw*E、20000.5200fl4m SMII PobfLtXH*

8、I11 C vmiolkr |1Lo cation(m) gzLocation (in.Time Traced21Fwuency (Hz) f一m召三XiaiKTutuaccf fl alotiKLocation (m) z51Om SMhPsZStrtfWherl iber UnderTc&l3UUm SMF3OUin SMb基于拉曼散射的OTDR （ROTDR）自發(fā)拉曼斯托克斯和反斯托克斯光光強(qiáng)比7?蒼）旳（一畝丿波珥曼常數(shù)h = h/2rvh :普朗常數(shù)T :溫度detected rcflccxionf(入Z)fG2L) ()-，基于布里淵散射的分布式傳感器G = IRPRsf2

9、L)fSf2IT = &n布里淵光時(shí)域反射技術(shù)（BOTDR）單端接入，光源j斷點(diǎn)定位信噪比較差布里淵光時(shí)域分析技術(shù)（BOTDA）n不參弐雙端接入k光源-2Z4 丿_L環(huán)信噪比較高 不能測(cè)斷纖% tf 1 1 0續(xù)光 +AcySBS過(guò)程信號(hào)處理|BO1DR實(shí)驗(yàn)原理圖_TL-!自發(fā)布里淵散射I實(shí)驗(yàn)結(jié)果（BOTDR）7km SMF28 -4km DSF -20km SMF28O O O)布里淵頻移：SMF28: 10.87GHzDSF: 10.72GHzStressed DSF: 10.77GHzBOTDA實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)布里淵頻譜分布圖布里淵特征語(yǔ)F(M：與脈沖功率讒空間分辨率頻率測(cè)量精度 9-100-50050100Normalized frequency- 10ns 20ns40ns2 0 8 6 4 2 01.r 0 o o o 0gsu9u一paz 一-eulON分布式光纖傳感技術(shù)應(yīng)用上海世卿會(huì)的llOkv超高壓蒙自地卜變電站溫度檢測(cè)上海長(zhǎng)江隧橋工程中電纜火災(zāi)預(yù)警(c) RO