分布式光纖傳感器的工作原理和應用

福州華光天銳光電科技有限公司提供分布式光纖測溫系統,廠家直銷,可以廣泛應用于綜合管廊,電纜溝,油氣管道,變電站等。

分布式光纖傳感技術在光纖表征、故障定位以及光纖環境溫度、應力和振動等的監測方面具有重要應用。光時域反射技術、光時域分析技術、光頻域分析技術是分布式光纖傳感技術中的幾種常用技術。

分布式光纖傳感器已在電力、石化、交通、土木和航天等領域得到了廣泛應用。但是隨著各行業生產安全要求的提高，功能單一的分布式光纖傳感器已不能滿足需要，用戶為了更全面地了解工程安全狀況，往往需要同時對溫度、振動、和應變等參量進行全方位實時監控，一般需要配備至少兩套不同的分布式光纖傳感器才能滿足要求。

當光纖受到外界環境(如溫度、應力、振動等)影響時，光纖中傳輸光的強度、相位、頻率等參量將會相應的變化，通過檢測傳輸光的這些參量便可以獲得相應物理量，這種技術稱為光纖傳感技術。光纖本身不帶電，抗電磁、耐輻射、耐高電壓、不產生電火花并且絕緣性能良好等特點，使得光纖傳感系統將成為傳感器系統的主流，并逐步替代傳統的傳感器系統。光纖上的物理量諸如：壓力、溫度、濕度、電場、磁場等發生變化時，會引起光纖的物理特性發生變化，從而使光纖中傳導的光波產生各種光學效應，如：散射、偏振、強度改變等等。通過檢測光纖中光波的變化，實現對溫度、壓力、形變、水位等物理量的檢測。近年光電子器件的迅猛發展，特別是半導體激光器、波分復用和光耦合技術、光電信號的探測與處理等等技術的發展，使光纖用來做分布式傳感器系統成為了現實。

分布式光纖傳感技術憑借分布式測量方式、測量距離長、具有抗電磁干擾和高絕緣強度的優勢被廣泛應用于建筑、橋梁、邊坡等大型基體的狀態監測。在電氣領域中也應用于海底電纜、架空輸電線路等電氣設備的溫度、應變的測量，具有非常廣闊的應用前景。目前基于分布式光纖傳感技術的變壓器繞組溫度、應變的檢測鮮有報道。
光纖傳感器由于具有抗電磁干擾能力強、靈敏度高、電絕緣性好、安全可靠、耐腐蝕、可構成光纖傳感網等諸多優點，因而在工業、農業、生物醫療、國防等各領域均有廣闊應用前景。
近年來，布里淵光時域分析儀作為分布式光纖傳感技術領域典型代表受到了廣泛的關注，與其他光纖傳感器相比，布里淵光時域分析儀具有高空間分辨率、超遠距離傳感以及動態測量等優點，可以同時對溫度和微應變等物理量進行高精度測量。由于光纖既作為傳感器件又作為信號傳輸信道，以光信號作為傳輸信號，因此可以有效降低結構成本。

分布式光纖傳感技術由于具有傳感空間范圍大、傳感與傳光為同一根光纖、結構簡單、使用方便、單位長度內信號獲取成本低、性價比高等優選被廣泛地應用于管道泄漏的監測技術中。

傳統的傳感器大多是電量型的，測量范圍小、并網困難，而且點式傳感器在測量大范圍、長距離時，維護成本較高。相比之下，光纖傳感器的傳感器是光纖，光纖本身結構穩定、抗電磁干擾、耐腐蝕、體積小、價格低廉，此外光纖的覆蓋面廣，可以對大范圍，空間分布廣的系統做測量。因此20世紀70年代末以來，分布式光纖傳感得到了廣泛的發展，出現了基于光時域反射技術(OTDR)、拉曼光時域反射技術(ROTDR)、布里淵光時域反射技術(BOTDR)、相位敏感光時域反射技術(Φ-OTDR)等。目前基于溫度測量拉曼光時域反射技術(ROTDR)已較為成熟。其中，拉曼光時域反射(ROTDR)技術是向光纖中注入脈沖光，光在光纖中傳播過程中，產生后向拉曼散射光譜的溫度效應。當入射的光量子與光纖物質分子產生碰撞時，產生彈性碰撞和非彈性碰撞。彈性碰撞時，光量子和物質分子之間沒有能量交換，光量子的頻率不發生任何改變，表現為瑞利散射光保持與入射光相同的波長；在非彈性碰撞時，發生能量交換，光量子可以釋放或吸收聲子，表現為產生一個波長較長的斯托克斯光和一個波長較短的反斯托克斯光。由于反斯托克斯光受溫度影響比較敏感，系統采用以斯托克斯光通道作為參考通道，反斯托克斯光通道作為信號通道，有兩者的比值可以消除光源信號波動、光纖彎曲等非溫度因素，實現對溫度信息的采集。