分布式光纤传感技器.ppt

分布式光纤传感技器
第1页，共106页，2022年，5月20日，19点39分，星期一
内容概要
概述
准分布式FBG传感技术
分布式光纤传感技术
散射型分布式传感器
相位调制型分布式传感器
偏振型分布式传感器
微弯型分布式传输的时候，由于光纤本身的性质、连接器、接头、弯曲或其他类似事件而产生散射、反射，其中背向瑞利散射光和菲涅尔反射光将返回输入端（主要是瑞利散射光，瑞利散射是光波在光纤中传输时由于光纤纤芯折射率在微观上的起伏而引起的线性散射，是光纤的固有特性）。
光时域反射计将通过对返回光功率与返回时间的关系获得光纤线路沿线的损耗情况。
*
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光时域反射 (OTDR)技术
光时域反射技术，即向光纤中注入一个脉冲，通过反射信号和入射脉冲之间的时间差来确定空间位置。
d为事件点距离系统终端的距离，c为真空光速，n为光纤有效折射率
脉冲的重复频率决定了可监测的光纤长度，而脉冲的宽度决定了空间定位精度（10ns宽度对应空间分辨率1m）。
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利用OTDR技术测量光纤沿线背向反射光功率的结果
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OTDR技术
用于分布检测
光纤传感技术在分布测量中的应用（时域变换技术）
光纤
S1
T1
S2
T2
S3
T3
Sn
Tn
只需在光纤一端测量，应用方便
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假设入射光脉冲宽度为T、功率为P(0)，这束光脉冲以群速度Vg在光纤中传播，假设耦合进光纤中的光功率为 P0 ,考虑沿光纤轴线上任一点 Z,设该点距入射端的距离为 z ,那么该点的光功率为：
]
)
(
exp[
)
0
(
)
(
dx
x
P
z
P
f
-
=
a
式中， 是光纤前向衰减系数。若光在 Z点被散射,那么该点的背向散射光返回到达入射端时的光功率为：
)
(
x
f
a
式中，S(z)是光纤在 Z点的背向散射系数 ,S(z)具有方向性;
是光纤背向衰减系数。
)
(
x
b
a
（3）
（4）
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将 (3 )式代入 (4 )可得：
（5）
考虑光纤中有 2点 Z1 和 Z2 ,其距入射端的距离分别为 z1 和 z2 (z2 >z1 ),这 2点的背向散射光到达输入端时为 PS(z1 )和 PS(z2 ),则由 (5)式得：
（6）
对上式两边取对数得：
（7）
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一般认为光纤的损耗和光纤的结构参数沿轴向近似均匀 ,即认为前向衰减系数和背向衰减系数不随长度z而变,有 ,并认为背向散射系数也不随长度而变 [即 S(z1 )≈ (S(z2 )],则 Z1 和 Z2 两点间平均损耗系数为：
（8）
式中的PS(z1 )和 PS(z2 )的值可以从OTDR显示屏上的连续背向散射轨迹的幅度得到 ,进而可求出平均损耗系数α。
与距离有关的信息是通过时间信息而得到的，OTDR测量发出脉冲与接收后向散射光的时间差 ,利用折射率ｎg值将这一时域信息转换成距离：
)]
(
z
f
a
)
(
z
b
[a
+
a ≈
1/2
（9）
其中ｃ为光在真空中的速度 (3× 1 0 8ｍ/ｓ)
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光源
光探测器
信号处理
光放大器
Y分支器
被测光纤
示波器
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将被测光纤接入测量系统
测量双向背向散射损耗
得到光纤长度 Z
测量过程
美国贝尔通讯研究中心定义了两种死区：
（1）衰减死区
。也就是OTDR能再次测试损耗和衰减的点。
（2）事件死区
从OTDR接收到的反射点开始，。在这以后才能发现是否还有地二个反射点，但还不能测试损耗和衰减。
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A
dB
L(km)
反射接点
终端菲涅
尔反射
端面反射与背向散射影响
无反射损耗点或故障点