分布式光纖傳感原理

分布式光纖傳感1準分布式光纖傳感原理將呈一定空間分布的相同類型的光纖傳感器耦合到一根或多根光纖總線上，通過尋址、解調(diào)，檢測出被測量的大小及空間分布，光纖總線僅起傳光作用。尋址方式時分復用（TDM-TimeDivisionMultiplex)波分復用（WDM-WavelengthDivisionMultiplex)偏分復用（PDM-PolarizationDivisionMultiplex)空分復用（SDM-SpaceDivisionMultiplex)頻分復用（FDM-FrequencyDivisionMultiplex)2時分復用（TDM）光纖對光波的延遲效應來尋址脈寬小于光纖總線上相鄰傳感器的傳輸時間光纖總線輸入端注入，各傳感器距光脈沖發(fā)射端距離不同。接收到每個脈沖對應一個傳感器，延時對應地址光脈沖變化量反映該點被測量的大小3時分復用示意圖4光時域反射（OTDR）技術OpticalTimeDomainReflectometry5散射型光纖傳感器利用背向瑞利散射——OTDR利用布里淵散射——B-OTDR利用拉曼散射——R-OTDR6光纖中的背向散射光分析布里淵散射和拉曼散射在散射前后有頻移，是非彈性散射斯托克斯光反斯托克斯光77光學聲子8利用OTDR技術測量光纖沿線背向反射光功率的結果9衰減系數(shù)10基于瑞利散射的傳感系統(tǒng)后向散射入射光脈沖光源檢測器11基于拉曼散射的分布式光纖傳感技術斯托克斯光與反斯托克斯光的強度比和溫度關系：Anti-stokes光強會隨溫度變化。Stokes光強與溫度無關其中a為與溫度相關的系數(shù)優(yōu)點：兩個光強之比，與光源強度無關，因此光纖老化，損耗，仍可保證測溫精度。12傳感器系統(tǒng)測溫區(qū)域Raman散射光兩個濾波器光纖中自發(fā)拉曼散射的反斯托克斯光與溫度緊密相關。常溫下(T=300K)其溫敏系數(shù)為8‰/℃。采用反斯托克斯與斯托克斯比值的分布式光纖溫度測量，其結果消除了光源波動、光纖彎曲等因素的影響，只與沿光纖的溫度場有關，因此可長時間保證測溫精度。13基于布里淵散射的分布式光纖傳感技術BOTDR系統(tǒng)從一端輸入泵浦脈沖，在同一端檢測返回信號的中心波長和功率。使用方便，但自發(fā)布里淵散射信號很微弱，檢測困難。在BOTDA中，處于光纖兩端的可調(diào)諧激光器分別將一脈沖光（泵浦光）與一連續(xù)光（探測光）注入傳感光纖。利用受激布里淵散射效應，散射光強度更強1414BOTDR——定位原理對一定頻譜范圍連續(xù)不斷的進行循環(huán)掃描，獲得各個時間段上的光譜，并將時間與位置相對應，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和散射光功率。1515幾種散射式傳感技術的比較1616波分復用（WDM）通過光纖總線上各傳感器的調(diào)制信號的特征波長來尋址。寬帶光束注入光纖，各個傳感器的特征波長不同，通過濾波系統(tǒng)求出被測信號的大小和位置17波分復用示意圖1819FBG傳感器在隧道

錨桿支護結構監(jiān)測的應用研究20頻分復用和空分復用將多個光源調(diào)制在不同的頻率上，經(jīng)過各分立的傳感器后匯集在光纖總線上，每個傳感器的信息包含在總線信號中的對應頻率上?？辗謴陀檬菍⒏鱾€傳感器的接受光纖的終端按空間位置編碼，通過掃描機構控制選通光開光選址。21分布式光纖傳感技術的應用2222分布式光纖傳感技術的應用——周界防護光纜傳感監(jiān)控系統(tǒng)工程施工實例根據(jù)防范的不同場合和要求，光纖可以構成各種形狀，環(huán)置于需要防范的周界處的適當位置，當入侵者侵入時，系統(tǒng)都會發(fā)出告警信號2323分布式光纖傳感技術用于航空領域的多參量監(jiān)測太空飛船X-38的再入式實驗飛行器（NASA圖片）傳感器布測區(qū)域a.分布式溫度傳感方案b.分布式應力傳感方案輸出信號沿光纖傳輸光的背向散射分量光纖溫度傳感元平面溫度場分布輸入信號埋入光纖應力傳感元輸入信號輸出信號光纖監(jiān)測網(wǎng)損傷探測24光纖蒙皮24分布式光纖傳感技術的應用——管道泄露監(jiān)測2525各種分布式光纖傳感技術的應用傳感原理傳感監(jiān)測量應用領域B-OTDR應力，溫度管道泄