分布式光纤传感器.ppt

分布式光纤传感器
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分布式光纤传感器
分布式传感器可以准确测量光纤沿线上任意一点上的应力、温度、振动等信息。
光纤周界安防系统主要基于分布式光纤振动传感器。将光纤固定于需要传感的围栏上，当有外界入侵时，光纤中的传感信号受到入侵信号的调制而发生变化，通过分析这个变化就得到入侵的具体位置，从而实现分布式入侵检测。
分布式传感主要是后向散射类传感，这又包括时域和频域分析，本报告主要讨论时域散射类传感。
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光纤中的散射信号
光纤中的散射信号主要包括三类：
瑞利散射，由折射率起伏引起；
拉曼散射，由光学声子引起；
布里渊散射，由声学声子引起。
其散射光谱图入下：
图1 散射光谱图
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OTDR技术
散射类光纤传感主要运用OTDR技术实现，此技术通过向光纤中注入光脉冲并接收光纤内的后向散射光实现传感，外部事件会对后向散射光的幅度、相位、波长（频率）和偏振态产生影响，利用入射信号与返回信号的时间差可得出事件点与OTDR的距离：
其中 c：真空光速；n：折射率；τ：时延。
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OTDR技术的空间分辨率
基于OTDR技术的传感器均有类似的空间分辨率，其表达式如下：
其中 c：真空光速；n：折射率；T：脉冲宽度。
图2 空间分辨率示意图
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瑞利散射分布式传感
基于瑞利散射的传感技术主要有以下几类：
普通OTDR；
相位敏感OTDR（φ-OTDR）；
相干OTDR（COTDR）；
偏振OTDR（POTDR）。
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普通OTDR用于光纤测试
普通的OTDR一般用来检测光纤中的熔接点、连接器的损耗和位置，技术已经十分成熟，它利用的是瑞利散射光。
图3 OTDR用于光纤测试
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相位敏感OTDR（φ-OTDR）
把普通OTDR的光源换成窄线宽激光器，则可用来实现对外界微扰的分布式定位，这便是φ-OTDR，它利用的仍旧是瑞利散射光，但由于光源相干性提高，散射光受到外界干扰后相位发生变化导致幅度也发生较大变化，通过检测幅度的畸变点便实现了分布式测量。
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φ-OTDR扰动定位
φ-OTDR灵敏度高并且可以实现多点扰动定位，但是由于对激光器线宽要求很高(kHz)，导致成本很高。
图4 φ-OTDR扰动定位
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COTDR相干检测扰动定位
通过相干检测技术可以大幅度提高φ-OTDR的信噪比，通过相干技术实现φ-OTDR解调的方法叫做COTDR，其系统搭建图如下所示。
图5 相干检测OTDR
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