分布式光纖傳感原理

分布式光纖傳感1準(zhǔn)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(cè)出被測(cè)量的大小及空間分布，光纖總線僅起傳光作用。尋址方式時(shí)分復(fù)用（TDM-TimeDivisionMultiplex)波分復(fù)用（WDM-WavelengthDivisionMultiplex)偏分復(fù)用（PDM-PolarizationDivisionMultiplex)空分復(fù)用（SDM-SpaceDivisionMultiplex)頻分復(fù)用（FDM-FrequencyDivisionMultiplex)2時(shí)分復(fù)用（TDM）光纖對(duì)光波的延遲效應(yīng)來尋址脈寬小于光纖總線上相鄰傳感器的傳輸時(shí)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(gè)脈沖對(duì)應(yīng)一個(gè)傳感器，延時(shí)對(duì)應(yīng)地址光脈沖變化量反映該點(diǎn)被測(cè)量的大小3時(shí)分復(fù)用示意圖4光時(shí)域反射（OTDR）技術(shù)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(xué)聲子8利用OTDR技術(shù)測(cè)量光纖沿線背向反射光功率的結(jié)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(cè)器11基于拉曼散射的分布式光纖傳感技術(shù)斯托克斯光與反斯托克斯光的強(qiáng)度比和溫度關(guān)系：Anti-stokes光強(qiáng)會(huì)隨溫度變化。Stokes光強(qiáng)與溫度無關(guān)其中a為與溫度相關(guān)的系數(shù)優(yōu)點(diǎn)：兩個(gè)光強(qiáng)之比，與光源強(qiáng)度無關(guān)，因此光纖老化，損耗，仍可保證測(cè)溫精度。12傳感器系統(tǒng)測(cè)溫區(qū)域Raman散射光兩個(gè)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(guān)。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(cè)量，其結(jié)果消除了光源波動(dòng)、光纖彎曲等因素的影響，只與沿光纖的溫度場(chǎng)有關(guān)，因此可長(zhǎng)時(shí)間保證測(cè)溫精度。13基于布里淵散射的分布式光纖傳感技術(shù)BOTDR系統(tǒng)從一端輸入泵浦脈沖，在同一端檢測(cè)返回信號(hào)的中心波長(zhǎng)和功率。使用方便，但自發(fā)布里淵散射信號(hào)很微弱，檢測(cè)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(cè)光）注入傳感光纖。利用受激布里淵散射效應(yīng)，散射光強(qiáng)度更強(qiáng)1414BOTDR——定位原理對(duì)一定頻譜范圍連續(xù)不斷的進(jìn)行循環(huán)掃描，獲得各個(gè)時(shí)間段上的光譜，并將時(shí)間與位置相對(duì)應(yīng)，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(shù)的比較1616波分復(fù)用（WDM）通過光纖總線上各傳感器的調(diào)制信號(hào)的特征波長(zhǎng)來尋址。寬帶光束注入光纖，各個(gè)傳感器的特征波長(zhǎng)不同，通過濾波系統(tǒng)求出被測(cè)信號(hào)的大小和位置17波分復(fù)用示意圖1819FBG傳感器在隧道

錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)的應(yīng)用研究20頻分復(fù)用和空分復(fù)用將多個(gè)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(gè)傳感器的信息包含在總線信號(hào)中的對(duì)應(yīng)頻率上?？辗謴?fù)用是將各個(gè)傳感器的接受光纖的終端按空間位置編碼，通過掃描機(jī)構(gòu)控制選通光開光選址。21分布式光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用2222分布式光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用——周界防護(hù)光纜傳感監(jiān)控系統(tǒng)工程施工實(shí)例根據(jù)防范的不同場(chǎng)合和要求，光纖可以構(gòu)成各種形狀，環(huán)置于需要防范的周界處的適當(dāng)位置，當(dāng)入侵者侵入時(shí)，系統(tǒng)都會(huì)發(fā)出告警信號(hào)2323分布式光纖傳感技術(shù)用于航空領(lǐng)域的多參量監(jiān)測(cè)太空飛船X-38的再入式實(shí)驗(yàn)飛行器（NASA圖片）傳感器布測(cè)區(qū)域a.分布式溫度傳感方案b.分布式應(yīng)力傳感方案輸出信號(hào)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(chǎng)分布輸入信號(hào)埋入光纖應(yīng)力傳感元輸入信號(hào)輸出信號(hào)光纖監(jiān)測(cè)網(wǎng)損傷探測(cè)24光纖蒙皮24分布式光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用——管道泄露監(jiān)測(cè)2525各種分布式光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用傳感原理傳感監(jiān)測(cè)量應(yīng)用領(lǐng)域B-OTDR應(yīng)力，溫度管道泄