分布式與準(zhǔn)分布式綜述

1、分布式和準(zhǔn)分布式傳感器2012年，yongkang dong等人提出了結(jié)合頻分復(fù)用和內(nèi)置edfa的布里淵光時(shí)域分析 的方案1。頻分復(fù)用的botdr復(fù)用了具有不同布里淵頻移的光纖段，并將布里淵的有效 作用長度減小到一段光纖而不是整個(gè)傳感光纖的長度，這樣每一段botdr的cw探針光功 率都可以增加，以加強(qiáng)布里淵信號，這樣既拓展了傳感范圍乂有很高的應(yīng)變溫度分辨率。實(shí) 驗(yàn)得到的傳感范圍是150km,空間分辨率是2m,精確度是30£。2012年，xuan liu等人提出用非零色散位移光纖同時(shí)進(jìn)行溫度和應(yīng)力測量的方案2。 實(shí)驗(yàn)得到多峰布里淵散射，且利用前兩個(gè)峰的屮心頻移和線寬來探測溫度和應(yīng)力。實(shí)

2、驗(yàn)用的 總傳感長度為112m，測得應(yīng)力誤差37“£，溫度誤差1.8°c,空間分辨率為4m。（解決的 是溫度和應(yīng)力的交叉靈敏度的問題。）2012年，ken kashiwagi等人提出用光學(xué)頻率梳作為光源來延長分布式布里淵傳感器的 測塑范圍3。將光學(xué)頻率梳的頻率間隔設(shè)置為布里淵頻移的兩倍，則高頻光產(chǎn)生布里淵散 射光，低頻光通過sbs得到放大，然后繼續(xù)向前傳播，再引起布里淵散射，測量距離因此 被延長。利用botdr技術(shù)，測量范圍可達(dá)到100km,空間分辨率為20mo2012 年，kwang young song 提出了基于 brillouin dynamic grating（bd

3、r）的光時(shí)域反射應(yīng) 變傳感器的方案4。光路屮同時(shí)傳輸泵浦光脈沖和探針光脈沖，兩者偏振方向相互止交， 泵浦光脈沖引起放大的白發(fā)布里淵散射（asbs）,探針光脈沖用來分析光譜。根據(jù) bdg-otdr技術(shù)可得應(yīng)變量，實(shí)驗(yàn)測得的應(yīng)變和溫度靈敏度分別為1.37mhz/"£ （0.7299戀），-57.48a/hz/°co分布式測量的空間分辨率為80cm,測的范圍是935m。2012年，haidong gu等人提出利用單模光纖的布里淵頻移進(jìn)行軸向和徑向應(yīng)力的測量 方案5。實(shí)驗(yàn)通過botdr技術(shù)，測得布里淵頻移與軸向應(yīng)力和徑向應(yīng)力分別呈線性關(guān)系, 靈敏度分別為 0.029 mh

4、z / （0.03448“£）, 0.053mhz/“£ （0.01868/q）。（實(shí)驗(yàn)用 的長度為70m）2012年，valerie voisin等人提出了基于自參考的光子計(jì)數(shù)otdr技術(shù)的準(zhǔn)分布式fbgs 應(yīng)變傳感器6。用兩個(gè)環(huán)形器使前向光和后向光沿不同路徑傳輸，傳感頭是通過級聯(lián)相同 的低反射率fbgs形成，在后向光的傳輸路徑屮放置濾波器使含有測量信息的波長轉(zhuǎn)換為功 率以便進(jìn)行檢測。測量時(shí)間是1分鐘,最大的誤差是60“£ ,本實(shí)驗(yàn)fbgz間的距離為30cm, 計(jì)算得到可級聯(lián)35個(gè)fbgso （缺點(diǎn)：通過減小光柵z間的距離來增加空間分辨率，測量距 離受限于光源功

5、率，即長度有限）2013年，m.taki等人提出用周期性脈沖編碼技術(shù)來改善混合raman/fbg光纖傳感器的 性能7。實(shí)驗(yàn)用的傳感頭由一對fbgs組成（寬帶切趾光纖光柵，其中左邊的fbg在 1549.50nm,右邊的fbg在1551.50nm）o拉曼光時(shí)域反射和fbg動態(tài)時(shí)分復(fù)用使噪聲得到 有效降低，提高了傳感范圍的分辨率并能同時(shí)測量實(shí)時(shí)動態(tài)的點(diǎn)應(yīng)力和分布式的靜態(tài)溫度。 在21km距離處的溫度分辨率為4.3°c,空間分辨率為im,動態(tài)應(yīng)力分辨率在250hz （pzt 的正弦頻率，用來施加應(yīng)力）時(shí)為77n£/vhz （3.85“£）。2013年，nicolas li

6、nze等人提出了基于偏振的準(zhǔn)分布式振動傳感器8。振動引起光纖 雙折射特性的變化，繼而引起光束偏振狀態(tài)的改變，用偏振器將其轉(zhuǎn)變?yōu)楣β实淖兓?，通過 示波器便可得到振動頻率，再根據(jù)頻率的變化獲知結(jié)構(gòu)的健康狀況。該系統(tǒng)可以由6個(gè)傳感 器組成，即6對光纖光柵，每對fbgs之間的距離為30cm,傳感器z間的距離沒有限制， 能夠檢測到的頻率能達(dá)到1khz。（缺點(diǎn)：振動處于固定狀況，用fft進(jìn)行光譜分析得到頻 率，但不能得到信號隨時(shí)間的變化情況）2012年，zengguang qin等人提出基于相位光時(shí)域反射技術(shù)，利用連續(xù)小波變換測量不 穩(wěn)定振動的方案9。通過實(shí)時(shí)探測建筑、橋梁等振動頻率的情況來對其進(jìn)行健康監(jiān)

7、測。實(shí) 驗(yàn)所用頻率為500hz至1khz,掃描時(shí)間為0.05so最大探測長度與激光脈沖的重復(fù)頻率有關(guān),（需滿足脈沖的時(shí)間間隔大于脈沖在傳感光纖里來回一次的時(shí)間以保證傳感光纖里只有一 個(gè)光脈沖）。對于10khz的重復(fù)頻率，探測長度約為10km。2012年，wen-hui ding等人提出了基于全固態(tài)光子帶隙光纖的分布式壓力傳感器方案 10o該傳感頭是通過將一段pcf和一段smf熔接而成，pcf未熔接的一端鍍上反射率為 99%的膜，那么光纖熔接點(diǎn)處的包層模便被激發(fā)，引起包層模與芯模z間的干涉，壓力大小 通過測量光譜的波谷高度得到，位置則通過測塑干涉的相位差得到。壓力靈敏度隨著距熔接 點(diǎn)的距離而變化

8、,每增加 lcm 依次為 0.00007,0.00032,0.00013,0.00014,0.00025,0.00017v/psi0 （缺點(diǎn)：分布式測量壓力的范圍小，并且不能同時(shí)測量兩個(gè)點(diǎn)的壓力，實(shí)際應(yīng)用不大，優(yōu)點(diǎn): 成本低，易于制造）2011年，bo liu等人提出了基于偏振dbr光纖激光器陣列來同時(shí)測量橫向壓力和溫度 的方案11。在edf內(nèi)刻dbr,間距為2cm以便獲得單縱模輸出，光纖的雙折射使得單縱 模分成兩個(gè)偏振模，利用偏振拍頻及激光波氏隨壓力和溫度的變化對其進(jìn)行分別測量。實(shí)驗(yàn) 用了兩個(gè)dbr傳感器，第一個(gè)的橫向壓力靈敏度為310.51109mhz/n,溫度靈敏度為 0.01102/?

9、/7?/°c，第二個(gè)的分別為32.85164mhz/n, 0.01156nm/°c o （缺點(diǎn)：壓力范 圍是0.03n-0.28n,承受范圍小，不適用于實(shí)際情況，容易受外界干擾導(dǎo)致誤判斷，級聯(lián)的 傳感器的靈敏度不-致旦有逐漸變小的趨勢，導(dǎo)致測量范圍不大，不能實(shí)現(xiàn)大范圍組網(wǎng)測量)2011年，yan-nan tan等人提出了將兩個(gè)超短dbr激光器級聯(lián)來進(jìn)行測量的方案12。 級聯(lián)的兩個(gè)超短dbr激光器均工作在具有兩個(gè)偏振模式的單縱模狀態(tài)下，傳感頭長度只有 18mm,每個(gè)激光器(一個(gè)是摻弭，一個(gè)是弭鏡共摻)產(chǎn)生一個(gè)偏振模拍頻，對應(yīng)變和溫度 有不同的的頻率響應(yīng)。通過測量拍頻，在0-1

10、200“£的應(yīng)變范圍內(nèi)測得應(yīng)變靈敏度分別為 8.75±004khzl圧(0.11428/), 6.42±0.068khz/“£ (0.1557“£)。該方法的 優(yōu)點(diǎn)是可以通過頻分復(fù)用技術(shù)在同一根光纖上復(fù)用多個(gè)傳感器和解調(diào)方法簡單無需測量絕 對波長值。參考文獻(xiàn)：1 yongkang dong, liang chen, and xiaoyi bao. extending the sensing rang of brillouin optical time-domain analysis combining frequency-division mu

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