分布式光纤传感技术报告-12.10.doc

分布式光纤传感技术报告-
摘 要
分布式光纤传感技术是在70年代末提出的，在这十几年里,产生了一系列分布式光纤传感机理和测量系统,并在多个领域得以逐步应用。目前, 这项技术已成为光纤传感技术中最具前途的技术之一。本文，也会使得光纤内的光在纤芯和包层界面上出现泄漏而产生损耗；光纤之间的连接质量也是引起光纤损耗的重要原因，如纤轴错位、纤轴倾斜、端面有间隙、端面不平整等都有可能引起较大的损耗。目前，光纤间的相互连接釆用光纤熔接机进行高温熔化对接，主要经历纤芯保护层去除、清洁裸纤、端面切割、光纤溶接等工序，各工序均为精细操作，如操作不当均有可能引起明显的光损。光纤的固有损耗在光纤制造工艺不断提高低，其影响已经相当小，而弯曲、熔接操作不良等引起损耗是人为现象，其损耗往往超过固有损耗几个数量级，如不进行严格控制将引起线路失效。
分布式光纤传感技术
光纤传感器可用于通讯、工程、物理参数测量等领域，随着技术和需求的开展，。光纤既作为传感元件，又作为传输元件，可以在整个光纤长度上对沿光纤分布的环境参数进行连续测量，同时获得被测量的空间分布状态和随时间变化的信息，由于分布式传感技术能够实现大范围测量场中分布信息的提取，可解决目前测量领域的众多难题，因此成为目前国内外研究的热点。
分布式光纤传感器的种类很多，根据监测空间的范围不同，主要可分为准分布式光纤传感器和全分布式光纤传感器两类：
准分布式光纤传感器是把空间上呈一定规那么分布的相同调制类型的光纤传感器耦合到一根或者多根光纤总线上，通过寻址、解调，检测出被测量的大小及空间分布，光纤总线仅起到传光作用。因此，准分布式光纤传感系统实质上是多个分立式光纤传感器的复用系统。根据光波被外界信号调制的光波的物理特征参量的变化情况，可将光波的调制分为光强度调制、光频率调制、光波长调制、光相位调制和偏振调制这几种类型。按照寻址方式的不同，它又可以分为时分复用〔TDM〕、空分复用〔SDM〕、波分复用〔WDM〕、频分复用〔FDM〕、偏分复用〔PDM〕等几类，其中时分复用、波分复用和空分复用技术较为成熟，复用点数越多。准分布式光纤传感器中常用的复用光纤传感器主要有以相位调制型光纤干预仪和波长调制型光纤布拉格光栅(FBG)。
全分布式光纤传感器是利用一根光纤作为延伸的传感元件，光纤上的任意一段既是传感单元，又是其他传感单元的信息传输通道，因而可获得被测量沿此光纤在空间和时间上变化的分布消息。它消除传统传感器存在的传感“盲区〞，从根本上突破了传统的单点测量限制，是真正意义上的分布式光纤传感器。全分布式光纤传感器主要有两大类：一类基于光纤后向散射的光时域反射技术〔OTDR〕,另一类是基于长距离干预技术，全分布式光纤传感器利用一根光纤取代大量的分立传感器进行测量，大大降低了造价，性价比很高，得到了广泛地应用。
2 分布式光纤传感技术原理
目前分布式光纤传感技术主要有基于光纤后向散射的全分布式光纤传感技术、长距离干预技术、基于光纤干预仪的准分布式光纤传感技术以及基于FBG的准分布式光线传感技术等。
目前分布式光纤传感技术使用的方法主要有反射法、波长扫描法和干预法，上述传感技术中，基于光纤后向散射的全分布式光纤传感技术采用的就是反射法，可分为光频域反射法和光时域反射法；波长扫描法的测量主要是利用保偏光纤〔保偏光纤能够保证线偏振方向不变〕在外部扰动作用时发生模式耦合效应实现的，该方法分辨力高，但测量范围小，系统本钱高，不利于使用化；干预法是利用各种形式的干预装置对干预光路中光波的相位解调，从而得到被测量信息的方法。
基于光纤后向散射的全分布式光纤传感技术
依据所监测信号的不同，主要分为基于拉曼〔Roman〕散射的分布式温度传感器、基于瑞利〔Rayleigh 〕散射的分布式光纤损耗检测传感器及基于布里渊散射〔Brillouin〕的分布式应变传感器。
当激光脉冲在光纤中传输时，由于光纤中含有各种杂质，导致激光和光纤分子出现相互作用，从而产生瑞利、拉曼和布里渊这三种散射光。如光纤沿线被测物理量发生变化，将引起散射光的频率发生偏移，可利用光时域反射技术分析上述频移信号，获取被测物理量的大小、时间及空间信息。1997年Barnoski 博士首先提出了光时域反射技术OTDR〔Optical Time Domain Reflection〕技术，结合瑞利散射来检测光纤沿线故障检测，目前该技术已成为光纤领域必不可少的线路检测工具，其检测原理如图2-1所示
图2-1 分布式光纤传感原理
由图2-1可知，当激光脉冲在光纤中传输时，产生的散射光将背向发射至激光入