分布式光纤声波传感

分布式光纤声波传感系统是一种基于分布式光纤传感技术发展起来的测量系统。它是基于光信号在光纤传播过程中产生的瑞利散射效应、光时域反射技术（OTDR）原理，集成了光学、电子学、机械和数字信号处理等多门学科的综合性新型分布式光纤传感技术系统。在此系统中，光纤既是光信号传输煤质，也是外界信息感知的器件，因此可以对光纤沿线的外界声波信息、振动信息进行连续快速的测量。

分布式光纤传感器具有损耗低、体积小、重量轻、灵敏度高、耐腐蚀性强、抗电磁干扰、无需电源和成本低等多种优点，弥补了传统电学传感器在监测范围和系统可靠性等方面的不足，在短短几十年时间内得到飞速发展。人们利用各种光纤传感器已经顺利实现对温度、浓度、压力、振动、位移和折射率等变化量的测量。迄今为止，各种类型的光纤传感器已被广泛应用于周界安防、航空航天、管道监测、电力工程和生物医学等领域。其中，实用价值最高的当属分布式光纤传感系统。

用于变电站温度监测的光纤测温系统，通过采用基于拉曼散射测温技术的分布式光纤温度测试，在一根光纤上即可准确及时地定位温度异常点；同时系统设有多级定温报警值和温升速率报警，实时显示温度分布曲线，在火灾发生前做到早期预警，解决了现有测温系统仅能被动地设置一个温度阈值容易出现误判，且不能准确定位事故点位置的问题。用基于拉曼散射测温技术的分布式光纤温度测试，在一根光纤上即可准确及时地定位温度异常点；同时系统设有多级定温报警值和温升速率报警，实时显示温度分布曲线，在火灾发生前做到早期预警，大大降低变电站的火灾发生概率。

目前油气管道是石油天然气工程中的重要组成部分，由于腐蚀、焊缝缺陷、外界震动甚至偷盗破坏等原因引起的管道泄漏、防腐层破坏和法兰、螺纹扣及填料函等管道连接部位的泄漏和腐蚀变得愈加严重。管道发生泄漏不光会导致其输送受阻，更会对环境造成污染，甚至引发爆炸火灾等事故，需要耗费大量人力物力进行监测、维护、治理。所以对管道泄漏的提前预防、及时预警和定位有着非常重要的实际意义。

同时，油气在运输过程中需要进行加温以促进流动，加温装置将石油加热至一定温度然后在管道内运输。然而，过度的加温会造成资源浪费，增加油气运输成本，如何合理设置加温，对油气工程的能耗控制有重要意义。石油在管道内温度会降低，形成随运输距离递减的温度梯度，该温度的实时、分布式监测数值，能够作为加温反馈控制的重要依据，对于合理温度控制、降低运输能耗有重要作用。一种油气管道综合监测系统，在油气管道内部设置有光缆，光缆连接光纤监测主机，光缆实时感应油气管道的振动信号，并传输给光纤监测主机以探测油气管道在不同位置的泄漏状态。其中，振动信号主要可反应外界的外界振动甚至偷盗破坏的情况。

分布式光纤测温系统是用于实时测量温度空间分布的技术，可广泛应用于煤矿、隧道、大型建筑、输电线缆、电缆桥架等温度检测和火灾预警。分布式光纤测温系统主要运用光纤内的自发拉曼散射原理来测温，用光时域反射原理来定位，实现对温度场的实施测量的温度传感系统。

目前经济的高速发展使得社会对水油气等能源资源的需求急剧增长，管道运输由于高效、经济、可适应性强的特点而成为重要的水、油、气能源运输方式。输水管道一旦遭到恶意挖掘、打孔或者地质灾害所致管道破裂损坏等入侵事件，将会被破坏甚至导致环境污染和经济损失。为了维护管道沿线安全，防止人为破坏或环境破坏，需要对水管管道工作状态进行实时在线监测，并对具有威胁性的入侵事件进行及时、准确地预先报警。因此，管道安全监测技术对维护管道运输具有重要作用，且具有社会和经济意义。

基于相位敏感光时域反射原理(Φ-OTDR)的分布式光纤传感系统具有结构简单、检测距离长、可同时对多个扰动进行定位、分辨率高、定位精度准确等优点，应用在供水管道泄漏监测上可以实时检测和定位泄露位置，且对管道不会产生任何破坏或影响其正常运行。分布式光纤声传感(distributed acoustic sensing,DAS)基于Φ-OTDR技术，通过检测传感光纤中背向瑞利散射光的相位信号来实现分布式声音或振动等信号的检测，不仅可以利用相位、幅值大小提供声音或振动事件强度信息，还利用线性定量测量值来实现对声音时间相位和频率信息的获取。