chapter 6 distributed sensor

1、期末期末PPTPPT順序順序第一組第一組第二組第二組第三組第三組第四組第四組司海洋徐寶泉凌晨夏徐瀚竇正圓閻正宇劉孚安謝伶洲杜金恒楊愛玲毛家琦徐澤明甘雨周微施劍波楊靜賈春曉朱晶鑫宋浩男楊紫薇李夢楠白家榮譚維卿張玲爽李明瑞蔡敏晨唐丹瑞張銀龍李宇樞楚冰心王凱張秩凡劉依林黃雄偉魏智源朱吉男錢帥金國敬吳雨桐宗君珠解孟雨1,2組：第十五周（6月9日）3,4組：第十六周（6月16日）Distributed fiber sensorChapter 6 分布式光纖傳感技術分布式光纖傳感技術利用光波在光纖中傳輸?shù)奶匦裕裳毓饫w長度利用光波在光纖中傳輸?shù)奶匦?，可沿光纖長度方向連續(xù)的傳感被測量（如溫度、壓力、應力方向

2、連續(xù)的傳感被測量（如溫度、壓力、應力和應變等）和應變等）光纖既是傳感介質(zhì)，又是被測量的傳輸介質(zhì)。光纖既是傳感介質(zhì)，又是被測量的傳輸介質(zhì)。優(yōu)點：優(yōu)點：可在很大的空間范圍內(nèi)連續(xù)的進行傳感，是其突出可在很大的空間范圍內(nèi)連續(xù)的進行傳感，是其突出優(yōu)點。優(yōu)點。傳感和傳光為同一根光纖，傳感部分結構簡單，使傳感和傳光為同一根光纖，傳感部分結構簡單，使用方便。用方便。與點式傳感器相比，單位長度內(nèi)信息獲取成本大大與點式傳感器相比，單位長度內(nèi)信息獲取成本大大降低，性價比高。降低，性價比高。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沿光纖長度分布的被測量進指分布式光纖

3、傳感器對沿光纖長度分布的被測量進行測量時所能分辨的最小空間距離。行測量時所能分辨的最小空間距離。被測量分辨率被測量分辨率指分布式光纖傳感器對被測量能正確測量的程度。指分布式光纖傳感器對被測量能正確測量的程度。典型的分布式光纖傳感器典型的分布式光纖傳感器相位調(diào)制型傳感器相位調(diào)制型傳感器Mach-Mach-ZehnderZehnder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散射型傳感器散射型傳感器瑞利散射型瑞利散射型光纖傳感器光纖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相位調(diào)制型光纖傳感器相位調(diào)制型光纖傳感器相位調(diào)制

4、相位調(diào)制 當光纖受到機械應力作用時，光纖的長度、芯徑、當光纖受到機械應力作用時，光纖的長度、芯徑、纖芯折射率都將發(fā)生變化，這些變化將導致光波纖芯折射率都將發(fā)生變化，這些變化將導致光波的相位變化的相位變化. .LLneff2/2effn是光在光纖中的傳播常數(shù)是光在光纖中的傳播常數(shù)由于相位變化很難直接檢測，所以實由于相位變化很難直接檢測，所以實際中通常使光發(fā)生干涉，將相位的變際中通常使光發(fā)生干涉，將相位的變化轉變?yōu)楣鈴姷淖兓M行檢測，之后化轉變?yōu)楣鈴姷淖兓M行檢測，之后再解調(diào)獲得相位變化再解調(diào)獲得相位變化(1)M-Z(1)M-Z干涉型光纖傳感器用作分布式振動傳感干涉型光纖傳感器用作分布式振動傳感2

5、12cross()cos2LLT隨機干擾隨機干擾干涉臂相位的隨機變化干涉臂相位的隨機變化干涉儀輸出功率的隨機變化干涉儀輸出功率的隨機變化以以M-ZM-Z干涉儀作為周界監(jiān)干涉儀作為周界監(jiān)控系統(tǒng)時，入侵事件出控系統(tǒng)時，入侵事件出現(xiàn)將導致接收信號功率現(xiàn)將導致接收信號功率的變化的變化7 7M-ZM-Z干涉型光纖傳感器的信號處理干涉型光纖傳感器的信號處理信號處理的目標信號處理的目標1).1).對干擾事件進行定性對干擾事件進行定性通過解調(diào)獲得干擾臂的相位變化，進而根據(jù)相通過解調(diào)獲得干擾臂的相位變化，進而根據(jù)相位變化情況分析干擾產(chǎn)生原因。位變化情況分析干擾產(chǎn)生原因。8 8利用利用3 3* *3 3耦合器解調(diào)

6、原理圖耦合器解調(diào)原理圖M-ZM-Z干涉型光纖傳感器的信號處理干涉型光纖傳感器的信號處理通過順時針和逆時針傳輸?shù)南辔皇芨蓴_光通過順時針和逆時針傳輸?shù)南辔皇芨蓴_光信號到達信號到達A A點和點和B B點的時延差可計算出產(chǎn)點的時延差可計算出產(chǎn)生干擾的位置。生干擾的位置。A A點和點和B B點分別對應點分別對應M-ZM-Z干干涉儀兩個耦合器的位置。涉儀兩個耦合器的位置。P P點是干擾發(fā)生的位置點是干擾發(fā)生的位置使用時使干涉儀使用時使干涉儀兩臂中同時存在兩臂中同時存在順時針和逆時針順時針和逆時針傳輸?shù)墓鈧鬏數(shù)墓?2 )/TLZ V 信號處理的目標信號處理的目標2).2).對干擾事件進行定位對干擾事件進行定

7、位（適用于周界監(jiān)控及管道監(jiān)控等應用）（適用于周界監(jiān)控及管道監(jiān)控等應用）耦合器耦合器C2C2和和C3C3構成構成M-ZM-Z干涉儀干涉儀在計算機中對在計算機中對PD1PD1和和PD2PD2接接收到的光信號進行互相關計收到的光信號進行互相關計算，就可以獲得干擾出現(xiàn)的算，就可以獲得干擾出現(xiàn)的時延差，繼而實現(xiàn)干擾定位時延差，繼而實現(xiàn)干擾定位利用M-Z干涉儀進行分布式傳感的系統(tǒng)結構圖(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由同一光纖構成的光纖環(huán)中，沿相反方向傳輸，并于耦合器處再纖構成的

8、光纖環(huán)中，沿相反方向傳輸，并于耦合器處再次發(fā)生干涉。次發(fā)生干涉。當傳感光纖沒有受到干擾時，干涉現(xiàn)象趨于穩(wěn)定；受到當傳感光纖沒有受到干擾時，干涉現(xiàn)象趨于穩(wěn)定；受到外界干擾時，正反向兩光束會產(chǎn)生不同的相移，并于耦外界干擾時，正反向兩光束會產(chǎn)生不同的相移，并于耦合器處發(fā)生干涉，干涉信號的光強與干擾發(fā)生位置具有合器處發(fā)生干涉，干涉信號的光強與干擾發(fā)生位置具有一定關系。一定關系。R1 R2 SagnacSagnac干涉儀的另一個典型應用是干涉儀的另一個典型應用是光纖陀螺，即當環(huán)形光路有轉動時，光纖陀螺，即當環(huán)形光路有轉動時，順逆時針的光會有非互易性的光程順逆時針的光會有非互易性的光程差，可用于轉動傳感差

9、，可用于轉動傳感光纖光纖SAGNAC干涉型分布式傳感器定位原理干涉型分布式傳感器定位原理當干擾源信號是正弦信號（或形如正弦信號）時，當干擾源信號是正弦信號（或形如正弦信號）時，接收信號的功率幅值為接收信號的功率幅值為00sin()2ssPP零點頻率發(fā)生在零點頻率發(fā)生在 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個零頻之間的關系為個零頻之間的關系為通過分析接收光通過分析接收光信號的零頻點位信號的零頻點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）有干擾時光強信號的理論計算值（下）實驗值（上）有干擾

10、時光強信號的理論計算值（下）實驗值光纖光纖中光的散射中光的散射 PowerRamanStokesRamananti-StokesBrillouinanti-StokesBrillouinStokesRayleigh B B10-6反斯托克斯光強度隨溫度變化顯著。反斯托克斯光強度隨溫度變化顯著。室溫下，其溫敏系數(shù)達室溫下，其溫敏系數(shù)達0.8%每每 瑞利散射瑞利散射即入射光在線度上小于光波長的微粒,散射光和入射光波長相同,瑞利散射是光纖散射中最強的,比入射光強度小45dB,當入射光入射到不均勻的介質(zhì)中,如膠體、乳狀液等,介質(zhì)就因折射率不均勻而產(chǎn)生散射光?；谌鹄⑸涞姆植际焦饫w傳感系統(tǒng),一般采用光

11、時域反射OTDR (Optical Time Domain Reflectermetry)技術來實現(xiàn)空間定位。瑞利散射光在光纖傳輸時會受到調(diào)制作用,根據(jù)調(diào)制作用的不同,基于瑞利散射的分布式傳感技術可分為偏振態(tài)調(diào)制型和強度調(diào)制型。當光在光纖中傳輸時,光纖的瑞利散射系數(shù)以及吸收、損耗特性等會受到外界物理量的變化而變化,外界物理量的大小可以通過檢測瑞利散射光的強度獲得,此傳感技術即為前面所說的強度調(diào)制型。光的偏振態(tài)會由于光纖在受到外界物理量的調(diào)制而隨之發(fā)生改變,在光纖入射端檢測光信號的延遲時間以及后向瑞利散射光的偏振態(tài),可以獲得外界物理量的分布情況,此傳感技術即為偏振態(tài)調(diào)制型。作為現(xiàn)代分布式光纖傳感

12、技術的基礎,基于瑞利散射的分布式光纖傳感技術在20世紀80年代初期得到了廣泛發(fā)展,但是由于在使用和制作上都十分不方便,瑞利散射對溫度也不敏感,測溫范圍非常有限,到目前已很少進行該技術的研究,因此不作為溫度測量系統(tǒng)的測量信號。光通過光纖時,光纖中因自發(fā)熱運動而產(chǎn)生的聲子和光子產(chǎn)生非彈性碰撞,發(fā)生布里淵散射。相對于入射光,散射光的頻率會發(fā)生變化,變化的大小與光纖的材料特性和散射角有關,可以等效為一個以速度VB移動的密度光柵。光纖材料特性與布里淵散射光頻率相關,主要受應變和溫度的影響,所以,應變和外界溫度會影響頻率的偏移,要想實現(xiàn)分布式光纖的應變、溫度測量,可以通過測定脈沖光的后向布里淵散射光的頻移

13、。布里淵散射布里淵散射布里淵頻移：This Brillouin frequency shift is on the order of 913 GHz for radiation wavelengths of 1.31.6 micro-meters in standard single mode communication fibers拉曼散射,是由于光纖纖芯介質(zhì)材料成分起伏以及密度的微觀變化等因素的影響,介質(zhì)分子與入射光子互相作用,由于介質(zhì)的非線性效應,入射光光子與分子發(fā)生非彈性碰撞,在碰撞過程中,光子與分子之間發(fā)生能量交換,光子不僅改變了運動方向,同時光子的部分能量傳遞給分子,或分子振動的部

14、分能量傳遞給光子,從而改變了光子的頻率?；诤笙蚶⑸涞奈锢碓硎枪庾雍凸饫w分子的熱振動相互作用發(fā)生能量交換,如果一部分熱振動轉換為光能,發(fā)出一個比光源波長短的光,稱為反斯托克斯光,如果一部分光能轉換為熱振動,發(fā)出一個比光源波長長的光,稱為斯托克斯光。他們在頻譜圖上大致是對稱分布的,反斯托克斯光對溫度的敏感系數(shù)比斯托克斯光要大很多。所以,一般將斯托克斯光作為參考通道,反斯托克斯光作為信號通道,消除應力等其它因素的影響,并通過光時域反射技術(Optical Time Domain Reflection, OTDR)與光纖上的點對應。拉曼散射拉曼散射Standard multi-mode opt

15、ical fibre1m pulse of lightBackscattered light provides measurement point every 1mT9,999T9,998T9,997T9,996T9,995T1 T2 T3 T4 .散射型光纖分布式傳感器散射型光纖分布式傳感器光時域反射光時域反射 (OTDR)(OTDR)技術技術光時域反射光時域反射 (OTDR(OTDR：OpitcalOpitcal Time-Domain Time-Domain ReflectometryReflectometry) )技術最初被用于檢驗光纖線路的損技術最初被用于檢驗光纖線路的損耗特性以及故

16、障分析。耗特性以及故障分析。當光脈沖在光纖中傳輸?shù)臅r候當光脈沖在光纖中傳輸?shù)臅r候，由于光纖本身的，由于光纖本身的性質(zhì)、連接器、接頭、彎曲或其他類似事件而產(chǎn)性質(zhì)、連接器、接頭、彎曲或其他類似事件而產(chǎn)生散射、反射，其中生散射、反射，其中背向瑞利散射光和菲涅爾反背向瑞利散射光和菲涅爾反射光將返回輸入端射光將返回輸入端（主要是瑞利散射光，（主要是瑞利散射光，瑞利散瑞利散射射是光波在光纖中傳輸時由于光纖纖芯折射率在是光波在光纖中傳輸時由于光纖纖芯折射率在微觀上的起伏而引起的線性散射，是光纖的固有微觀上的起伏而引起的線性散射，是光纖的固有特性）。特性）。光時域反射計將通過對返回光功率與返回時間的光時域反射

17、計將通過對返回光功率與返回時間的關系獲得光纖線路沿線的損耗情況。關系獲得光纖線路沿線的損耗情況。1919光時域反射光時域反射 (OTDR)(OTDR)技術技術散射型分布式傳感技術對被測量的空間定位多基于光時域散射型分布式傳感技術對被測量的空間定位多基于光時域反射反射 技術，即向光纖中注入一個脈沖，通過反射信號和入技術，即向光纖中注入一個脈沖，通過反射信號和入射脈沖之間的時間差來確定空間位置。射脈沖之間的時間差來確定空間位置。d d為事件點距離系統(tǒng)終端的距離，為事件點距離系統(tǒng)終端的距離，c c為真空光速，為真空光速，n n為光纖有效折射率為光纖有效折射率脈沖的重復頻率決定了可監(jiān)測的光纖長度，而脈

18、沖的寬度脈沖的重復頻率決定了可監(jiān)測的光纖長度，而脈沖的寬度決定了空間定位精度（決定了空間定位精度（10ns10ns寬度對應空間分辨率寬度對應空間分辨率1m1m）。）。ncd22020光時域反射技術光時域反射技術(OTDR)(OTDR) 傳播通道傳播通道T 和接收通道和接收通道R 為同一根光纖，此處為了為同一根光纖，此處為了能清楚說明原理，故表示成不同的兩條通道。光纖總能清楚說明原理，故表示成不同的兩條通道。光纖總長為長為L，考慮距離激光源為，考慮距離激光源為l的光纖前端的光纖前端 F 處，長度為處，長度為dl 的一段光纖。的一段光纖。 能量能量 E0、持續(xù)時間為、持續(xù)時間為 T的泵浦脈沖光注入

19、光纖后，的泵浦脈沖光注入光纖后，以速度以速度v( v = c /n，其中，其中c為真空中的光速，為真空中的光速，n為纖芯為纖芯折射率，一般折射率，一般n= 1.5)在傳輸通道在傳輸通道T 中傳輸，傳播到中傳輸，傳播到l l + dl段：一部分能量段：一部分能量 dl被損耗被損耗( 為入射光的單位為入射光的單位長度上的損耗系數(shù)長度上的損耗系數(shù))；一部分能量；一部分能量 p 被耦合到接收通被耦合到接收通道道R ，然后以速度，然后以速度v回到光電探測器處回到光電探測器處(為單位長度上為單位長度上的光后向散射系數(shù)，的光后向散射系數(shù)， p 為后向散射因子為后向散射因子)經(jīng)過傳輸通道經(jīng)過傳輸通道l l +

20、 dl段，光能量變化可表示為：段，光能量變化可表示為：因而從因而從l l + dl段耦合進入接收通道的能量為：段耦合進入接收通道的能量為： 這部分能量沿著接收通道這部分能量沿著接收通道 R 傳播，經(jīng)過距離傳播，經(jīng)過距離l后到達后到達光電探測器處，被光電探測器探測，此時能量變?yōu)椋汗怆娞綔y器處，被光電探測器探測，此時能量變?yōu)椋罕硎灸芰繉⒃诒硎灸芰繉⒃趖時刻到達光電探測器處，時刻到達光電探測器處，t t + dt期間的平均功率：期間的平均功率：時間的不同又對應著光纖位置的不同，這就意味著光時間的不同又對應著光纖位置的不同，這就意味著光探測器探測到的光功率為光纖位置的函數(shù)，那么不同探測器探測到的光功率

21、為光纖位置的函數(shù)，那么不同光纖位置光纖位置l處的后向散射光功率就可得到。處的后向散射光功率就可得到。a 由于耦合部件和光纖前端面引起的反射由于耦合部件和光纖前端面引起的反射b 光脈沖沿具有均勻損耗的光纖段傳光脈沖沿具有均勻損耗的光纖段傳播時的背向瑞利散射曲線。播時的背向瑞利散射曲線。c 由于接頭或耦合不完善引起的損耗，由于接頭或耦合不完善引起的損耗，或由于光纖存在某些缺陷引起的高損耗區(qū)?；蛴捎诠饫w存在某些缺陷引起的高損耗區(qū)。d 光纖斷裂處，此處損耗峰的大小反映出損壞的程度。光纖斷裂處，此處損耗峰的大小反映出損壞的程度。e 光纖末端引起菲涅耳反射。光纖末端引起菲涅耳反射。OTDR產(chǎn)品基于瑞利散射

22、的基于瑞利散射的OTDR傳感傳感系統(tǒng)系統(tǒng)相干光時域反射(COTDR)技術誕生于上世紀80年代中期,最初應用于1.3m的通信光纜線路的監(jiān)測。1.55m光通信窗口的出現(xiàn)以及EDFA問世后,COTDR的重要作用顯得尤為突出。EDFA的使用可使光中繼的距離提升到100km,而EDFA的級聯(lián)使用,使得通信主干線的距離可延伸至超過10000km,其中,最為重要的是跨洋海底光纜線路。對于這樣的長中繼超長通信距離的海底光纜監(jiān)測,傳統(tǒng)的OTDR無法滿足對它的監(jiān)測需求。這主要有兩點原因:一是因為通信光纜中級聯(lián)了多個EDFA,EDFA產(chǎn)生的ASE噪聲不斷積累,使OTDR的信噪比急劇降低;二是傳統(tǒng)的OTDR探測光的功

23、率很高,而且探測光波長與通信波長接近,這勢必對通信信道造成干擾,降低通信系統(tǒng)的性能。相位敏感時域反射計型傳感器相位敏感時域反射計型傳感器POTDR擾動定位POTDR利用的是后向散射光的偏振信息受外界調(diào)制產(chǎn)生變化實現(xiàn)定位傳感，它有兩種基本結構：P-OTDR的兩種基本結構POTDR的數(shù)據(jù)處理POTDR多點定位振動傳感器基于所得數(shù)據(jù)的譜分析，其系統(tǒng)結構如圖。P-OTDR試驗框圖POTDR的數(shù)據(jù)處理假設每0.1ms采集一次數(shù)據(jù)并儲存，那么每秒得到10k條數(shù)據(jù)，這樣可以得到在某一固定位置z1處的一條關于時間的曲線，如果此處出現(xiàn)擾動，在z1處的數(shù)據(jù)會在某一固定常量左右變化。POTDR數(shù)據(jù)譜分析POTDR的

24、數(shù)據(jù)處理對于多點入侵信號，普通的數(shù)據(jù)相減的方法不再適用，因為第一個入侵信號之后的所有擾動都被第一個擾動湮沒了，利用譜分析的方法，第一個擾動之前，沒有擾動事件的頻譜成分，第一個擾動之后第二個擾動之前，數(shù)據(jù)中出現(xiàn)第一個擾動的頻譜成分，第二個擾動之后的數(shù)據(jù)出現(xiàn)第一個和第二個事件的頻譜成分，三個擾動事件的情況類似這便是通過OTDR實現(xiàn)多點入侵的基本原理?；诓祭餃Y散射的光纖傳感系統(tǒng)基于布里淵散射的光纖傳感系統(tǒng) 布里淵散射產(chǎn)生機理布里淵散射產(chǎn)生機理 是入射光與聲波或傳播的壓力波相互作用的結果，這個是入射光與聲波或傳播的壓力波相互作用的結果，這個傳播的壓力波等效于一個以一定速度移動的密度光柵。傳播的壓力波

25、等效于一個以一定速度移動的密度光柵。因此布里淵散射可以看成是入射光在移動光柵上的散射。因此布里淵散射可以看成是入射光在移動光柵上的散射。 多普勒效應使散射光頻率不同于入射光。多普勒效應使散射光頻率不同于入射光。BOTDR布里淵散射量子光學描述：入射光波（泵浦）與介質(zhì)內(nèi)彈性聲波場作用中，一泵浦光子湮滅產(chǎn)生一聲學聲子和散射(Stokes)光子。散射光與泵浦波的傳播方向相反，與入射波的頻移（在1.55mm處）約為：fB=11.1GHZ。分為自發(fā)布里淵散射和受激布里淵散射兩種BOTDR傳感原理布里淵散射斯托克斯光相對于入射光的頻移為：布里淵散射斯托克斯光相對于入射光的頻移為：cnvvvsB02介質(zhì)折射

26、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力應力熱光效應熱光效應彈光效應彈光效應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36BOTDR傳感原理 布里淵散射光頻移會隨著溫度和光纖應變的上升而線性增加： fB=fB0+ f TT()+ f () 布里淵散射光功率會隨溫度的上升而線性增加,隨應變增加而線性下降： PB=PB0+ P TT()+ P ()通過測量布里淵通過測量布里淵散射光散射光頻移頻移和光功率，就可以求得被

27、測和光功率，就可以求得被測量點的溫度和應力的大小。量點的溫度和應力的大小。 通過測量布里淵通過測量布里淵散射光散射光頻移頻移和光功率，就可以求得被測和光功率，就可以求得被測量點的溫度和應力的大小。量點的溫度和應力的大小。 37BOTDR與BOTDA( Brillouin Optical Time Domain Analysis)BOTDRBOTDR系統(tǒng)從一端輸入泵浦脈沖，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在同一端檢測返回信號的中心波長和功率。使用方便，但自波長和功率。使用方便，但自發(fā)布里淵散射信號很微弱，檢發(fā)布里淵散射信號很微弱，檢測困難。測困難。在在BOTDABOTDA中，處

28、于光纖兩端的可中，處于光纖兩端的可調(diào)諧激光器分別將一脈沖光調(diào)諧激光器分別將一脈沖光（泵浦光）與一連續(xù)光（探測（泵浦光）與一連續(xù)光（探測光）注入傳感光纖。利用受激光）注入傳感光纖。利用受激布里淵散射效應，散射光強度布里淵散射效應，散射光強度更強更強38BOTDR定位原理對一定頻譜范圍連續(xù)不斷的進行循環(huán)掃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。里淵頻移量和散射光功率。39BOTD

29、R優(yōu)缺點優(yōu)點： 1. 連續(xù)分布式測量溫度和應變2. 高溫度和應變分辨率4. 高空間分辨率5. 超長傳感范圍(超過80公里)6. 同一根光纖既可用于傳感，也可用于通信缺點： 需要激光器的輸出穩(wěn)定、線寬窄，對光源和控制系統(tǒng)的要求很高； 由于自發(fā)布里淵散射相當微弱（比瑞利散射約小兩個數(shù)量級），檢測比較困難，要求信號處理系統(tǒng)具有較高的信噪比; 由于在檢測過程中需進行大量的信號加法平均、頻率的掃描等處理,因而實現(xiàn)一次完整的測量需較長的時間,實時性不夠好。40 檢測30km 光纖沿線的應變， 空間分辨力可達1m。 應變精度: 20 e (0.002%) 溫度精度 : 1C 取樣時間 : 20 s 至 5

30、min (典型值：2 min) 41ROTDR ROTDR 時域背向拉曼散射分布式光纖傳感器時域背向拉曼散射分布式光纖傳感器 當光纖局域位置當光纖局域位置(L=L(L=Lo o處處) )的溫度變化時，調(diào)制了光纖的溫度變化時，調(diào)制了光纖拉曼散射光子通量，也就是光纖拉曼背向散射的溫拉曼散射光子通量，也就是光纖拉曼背向散射的溫度調(diào)制機理。度調(diào)制機理。 反斯托克斯拉曼散射對溫度的敏感系數(shù)比斯托克斯反斯托克斯拉曼散射對溫度的敏感系數(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通道，作為計算溫度的主要依據(jù)。散射用作信號通道，作為計算溫度的主要依據(jù)。 30 km30 km的的FGC-30FGC-30拉曼測溫系統(tǒng)，其空間分辨率為拉曼測溫系統(tǒng)，其空間分辨率為3m3m、溫度分辨率為溫度分辨率為0.10.1、測溫范圍為、測溫范圍為0 0+100+100反斯托克斯散射光強可以表示為：反斯托克斯散射光強可以表示為：斯托克斯散射光強可以表示為：斯托克斯散射光強可以表示