分布式光纤传感器的工作原理和应用

福州华光天锐光电科技有限公司提供分布式光纤测温系统,厂家直销,可以广泛应用于综合管廊,电缆沟,油气管道,变电站等。

分布式光纤传感技术在光纤表征、故障定位以及光纤环境温度、应力和振动等的监测方面具有重要应用。光时域反射技术、光时域分析技术、光频域分析技术是分布式光纤传感技术中的几种常用技术。

分布式光纤传感器已在电力、石化、交通、土木和航天等领域得到了广泛应用。但是随着各行业生产安全要求的提高，功能单一的分布式光纤传感器已不能满足需要，用户为了更全面地了解工程安全状况，往往需要同时对温度、振动、和应变等参量进行全方位实时监控，一般需要配备至少两套不同的分布式光纤传感器才能满足要求。

当光纤受到外界环境(如温度、应力、振动等)影响时，光纤中传输光的强度、相位、频率等参量将会相应的变化，通过检测传输光的这些参量便可以获得相应物理量，这种技术称为光纤传感技术。光纤本身不带电，抗电磁、耐辐射、耐高电压、不产生电火花并且绝缘性能良好等特点，使得光纤传感系统将成为传感器系统的主流，并逐步替代传统的传感器系统。光纤上的物理量诸如：压力、温度、湿度、电场、磁场等发生变化时，会引起光纤的物理特性发生变化，从而使光纤中传导的光波产生各种光学效应，如：散射、偏振、强度改变等等。通过检测光纤中光波的变化，实现对温度、压力、形变、水位等物理量的检测。近年光电子器件的迅猛发展，特别是半导体激光器、波分复用和光耦合技术、光电信号的探测与处理等等技术的发展，使光纤用来做分布式传感器系统成为了现实。

分布式光纤传感技术凭借分布式测量方式、测量距离长、具有抗电磁干扰和高绝缘强度的优势被广泛应用于建筑、桥梁、边坡等大型基体的状态监测。在电气领域中也应用于海底电缆、架空输电线路等电气设备的温度、应变的测量，具有非常广阔的应用前景。目前基于分布式光纤传感技术的变压器绕组温度、应变的检测鲜有报道。
光纤传感器由于具有抗电磁干扰能力强、灵敏度高、电绝缘性好、安全可靠、耐腐蚀、可构成光纤传感网等诸多优点，因而在工业、农业、生物医疗、国防等各领域均有广阔应用前景。
近年来，布里渊光时域分析仪作为分布式光纤传感技术领域典型代表受到了广泛的关注，与其他光纤传感器相比，布里渊光时域分析仪具有高空间分辨率、超远距离传感以及动态测量等优点，可以同时对温度和微应变等物理量进行高精度测量。由于光纤既作为传感器件又作为信号传输信道，以光信号作为传输信号，因此可以有效降低结构成本。

分布式光纤传感技术由于具有传感空间范围大、传感与传光为同一根光纤、结构简单、使用方便、单位长度内信号获取成本低、性价比高等优选被广泛地应用于管道泄漏的监测技术中。

传统的传感器大多是电量型的，测量范围小、并网困难，而且点式传感器在测量大范围、长距离时，维护成本较高。相比之下，光纤传感器的传感器是光纤，光纤本身结构稳定、抗电磁干扰、耐腐蚀、体积小、价格低廉，此外光纤的覆盖面广，可以对大范围，空间分布广的系统做测量。因此20世纪70年代末以来，分布式光纤传感得到了广泛的发展，出现了基于光时域反射技术(OTDR)、拉曼光时域反射技术(ROTDR)、布里渊光时域反射技术(BOTDR)、相位敏感光时域反射技术(Φ-OTDR)等。目前基于温度测量拉曼光时域反射技术(ROTDR)已较为成熟。其中，拉曼光时域反射(ROTDR)技术是向光纤中注入脉冲光，光在光纤中传播过程中，产生后向拉曼散射光谱的温度效应。当入射的光量子与光纤物质分子产生碰撞时，产生弹性碰撞和非弹性碰撞。弹性碰撞时，光量子和物质分子之间没有能量交换，光量子的频率不发生任何改变，表现为瑞利散射光保持与入射光相同的波长；在非弹性碰撞时，发生能量交换，光量子可以释放或吸收声子，表现为产生一个波长较长的斯托克斯光和一个波长较短的反斯托克斯光。由于反斯托克斯光受温度影响比较敏感，系统采用以斯托克斯光通道作为参考通道，反斯托克斯光通道作为信号通道，有两者的比值可以消除光源信号波动、光纤弯曲等非温度因素，实现对温度信息的采集。