分布式光纤传感技术及其应用

万方数据

ＦＥＡＴＵＲＥｌＦｉｂｅｒＳｅｎｓｉｎｇ

２分布式光纤传感技术原理

２．１基于后向散射的分布式光纤传感技术

如图ｌ所示，当光波在光纤中传输时，会产生后向散射光，包括瑞利散射、拉曼散射和布里渊散射。检测由光纤沿线各点产生的后向散射，通过这些后向散射光与被测量（如温度、应力、振动等）的关系，可以实现分布式光纤传感。

图１光纤中的后向散射

２．１．１基于拉曼散射的分布式光纤温度传感ｆ２】

测量光纤中的反斯托克斯喇曼反射信号可以实现分布式温度传感。从２０世纪８０年代开始，国内外对反斯托克斯拉曼散射信号的光时域测量技术进行了大量的研究。如图２所示，利用光纤背向拉曼散射的温度效应，光纤所处空间各点的温度场调制了光纤中反斯托克斯背向拉曼散射光的强度，利用光纤的光时域反射技术（ＯＴＤＲ）检测对所测温度点定位。这种技术测量原理简单，造价相对低廉，目前已经能够实现１０ｋｍ以上的测量距离，并得到一定程度的应用。

但是它需要高功率、短脉冲的光源和高速信号放大采集器件，其测温精度和空间分辨率受到器件性能和造价的限制。

图２基于拉曼散射的分布式光纤温度传感原理示意图近年来光频域反射技术（ＯＦＤＲ）也得到较快发展。ＯＦＤＲ技术，采用功率调制的连续激光做光源，因此其后向拉曼散射功率比同样入射条件下的ＯＴＤＲ

３０嫩光与光电子学进展２００９．１１技术高近２０００倍，信号虽然高速调制，但是频带窄，容易通过滤波除去噪声，能够大大提高传感信号的信噪比，在空间分辨率、检测精度和实时性方面具有更大的优势。

２．１．２基于布里渊散射的分布式光纤温度／应力传感［３】用窄线宽连续激光对单模光纤进行抽运时，布里渊散射是～种主要的非线性效应。布里渊散射的散射性能可以用布里渊散射频移大小来描述，其大小与介质的声子速率有关，而该速率依赖于温度和应变。通过光谱分析获得温度或应力信息，并采用脉冲光对参量场分布进行定位，即可实现分布式光纤温度和应力传感，如图３所示。

图３基于布里渊散射的分布式光纤传感原理示意图基于受激布里渊散射的分布式光纤传感技术对于温度、应力等单一分布参数的测量有很高的精度和空间分辨率，是近年来发展起来的一种最具潜力和突破性的技术。它一般采用抽运一探测（Ｐｕｍｐ—Ｐｒｏｂｅ）结构，称为布里渊光学时域分析（ＢＯＴＤＡ）。

目前，基于受激布里渊散射的分布式光纤传感技术主要包括基于脉冲激光抽运的ＢＯＴＤＡ、基于相关连续波的ＢＯＴＤＡ以及基于暗脉冲激光抽运的ＢＯＴＤＡ。２．２基于偏振光时域反射的分布式传感【２】

偏振光时域反射（ＰＯＴＤＲ）传感是通过检测光纤中偏振态变化来达到分布式光纤传感目的的一种新型传感技术。ＰＯＴＤＲ技术是在ＯＴＤＲ技术的基础上发展起来的，其工作原理为：基于待测单模光纤中的后向瑞利散射光包含着偏振态沿光纤变化的附加信息。将线偏振光耦合进光纤，光脉冲在光纤中传输时发生瑞利散射，散射过程中光的偏振态随外界参量对纤的作用而变化，同时光的偏振性是位置的函数，因此探测后向散射光的偏振特性，即可得知光纤中偏振特性的时间分布及空间分布，从而获得被测量的场分布。

２．３基于光干涉技术的分布式传感

２．３．１基于干涉仪复用的传感器

将马赫一曾德尔、萨格尼克以及迈克尔逊等长程万方数据

干涉仪混合使用，可对随时间变化的扰动进行分布式测量（传感和定位）。例如，萨格尼克／马赫一曾德尔【４】、萨格尼克／迈克耳逊【５】、萨格尼克／萨格尼克【６】、马赫一曾德尔／马赫一曾德尔以及差分环／环等双干涉仪结构，其中包括单光源单探测器和单光源双探测器等类型。图４是一种代表性结构，其中ＬＤ，Ｃ。，Ｌ。，Ｌ２和ＰＤ，构成萨格尼克干涉仪；ＬＤ，Ｃ。，Ｌ。～Ｌ４，ｋ—ｋ，Ｃ３和ＰＤ。构成马赫一曾德尔干涉仪，其中Ｌ。为传感光纤。由两路输出相移即可计算得到干扰的大小和发生位置，实现分布式传感。系统的定位精度可以达到５ｍ。

图４采用萨格尼克和马赫一曾德尔干涉仪的分布式光纤传感器

２．３．２基于调频连续波的干涉方法【２】

传感系统的实验装置如图５所示，主要由调频连续波光源、迈克尔逊反射干涉仪和信号接收部分组成，在干涉仪的参考光路中引入一个带有移频器的光学回路（长度为￡），用来扩大测量范围；移频器为一个声光调制器，工作频率为，；一根单模光纤作为信号光路，既传感信号又传输信号。由于参考光路中是一个带有移频器的光学回路，参考光束被加长到光学回路长度的整数倍Ｎ／；并具有整数倍移频器的工作频率Ｎｆ，因此，来自不同回路长度整数倍区域内的被检测信号可在相应的整数倍移频器工作频率的区域内被观测到，实现分布式传感。

图５基于调频连续波的分布式光纤传感系统

２．４基于光纤布拉格光栅的准分布式光纤传感光纤布拉格光栅（ＦＢＧ）是一种性能优异的波长

专题报道Ｉ光纤传感

调制型测量敏感元件，探测能力不受光源功率波动、光纤弯曲损耗、探测器老化等因素的影响，适合长期安全监测【７ｌ。鉴于ＦＢＧ对温度、应力、压力及振动等外界参量的高灵敏度传感功能，同时又具有体积小、动态区间宽、可靠性高等突出优点，因而成为目前光纤传感领域内最有力的竞争者，在许多工业和工程领域特别是恶劣环境或超大型的结构中有广泛的应用，被认为是实现“光纤灵巧结构”的理想器件。

为了将ＦＢＧ更好的应用于分布式光纤传感中，增加可检测区域范围，提高检测空间分辨率和精度，同时降低系统成本，如何有效提高ＦＢＧ的复用能力是急待解决的技术难题。目前对光纤光栅复用技术的研究受到广泛关注。复用的ＦＢＧ主要有两种：中心波长不同的非同光栅以及中心波长、带宽、敏感特性均一致的全同光栅。

２．４．１基于非同光栅的准分布式传感

由于ＦＢＧ良好的波长调制特性，其使用最广泛的复用方式就是波分复用（ＷＤＭ）ＩＳ，ｇ］。采用非同光栅做传感器，光栅单元可通过反射波长分辨。由于每个光栅单元占用一定的运行带宽和测量带宽，彼此间不能交叠，因此复用数目受到宽带光源谱宽限制，一个阵列一般只能复用１０个左右的光栅。

多波长编码技术以同一位置的多个光栅组成的多维编码式光纤光栅为传感探头，根据乘法原理，系统可布探测点按指数函数增长。但这种方法需要多个宽带光源和多组波长解调器，还要在光纤同一位置制作多个不同波段的光栅，系统成本和技术实现难度较高，而且复用数目的增长仍然有限。波分复用原理的技术实现主要有波长扫描法和波长分离法，需要波长编解码过程，测量准确度受到滤波器、波分复用器等器件的分辨率限制。

时分复用（ＴＤＭ）也是一种很重要的复用技术【ｌｏｌ，它可以大大增加可测光栅传感器的数目，利用干涉检测方案可实现较高的分辨率。复用系统中的单激光源提供窄脉宽的脉冲光，由于复用的光栅传感单元之间存在很长一段距离，所以ＦＢＧ反射的信号会连续地间隔一段时间出现，即ＦＢＧ传感器在时域上可分辨。检测系统对所选择的时间窗口的反射信号进行检测，系统的信噪比小、分辨率高。考虑到光源的强度和光栅及光纤传输的衰减，ＴＤＭ的复用容量一般小于１０。因此一般将ＴＤＭ和ＷＤＭ技术结合，组成一系列连接结构不同的光栅传感阵列，使准分布式光纤传感复用容量大大提高。其他的复用技术包括频分复用

中国光学期刊网：１＾ｎ＾，、＾，ｏｐｔｉｃｓｊｏｕｒｎａｌｎｅｔ

３１万方数据

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光纤传感技术的应用现状

2009.No3６４摘要：介绍了提高光纤传输效率的两个途径，指出目前利用光纤通信来进行继电保护的三种方式：光纤纵联差动保护，分相允许式光纤纵联保护，过电压或失灵启动远跳。并简要介绍光纤测温技术的工作原理及其在变压器上的应用。关键词：光纤维继电保护测温技术由于光纤传感技术的传感与传输信号都是光学信号，而不是传统的电信号，因而具有许多独特的优点，对电绝缘，抗电磁干扰，适合高电压场所；精度高，能远距离传输信号；尺寸小、重量轻，有利于微型化；寿命长、长期可靠性好，适合大型工程长期安全监测等。因此，光纤传感技术得到了高度重视和快速发展，成为国家重大工程、重大装备、武器系统等国民经济诸多领域急需的关键技术之一。一、提高光纤传输效率的两个途径（一）４０Ｇｂｉｔ／ｓ　传输系统的发展、挑战与应用。准同步传输体系（ＰＤＨ）利用光纤的单一波长传输速率从８Ｍｂｉｔ／ｓ、４Ｍｂｉｔ／ｓ１４０ｂｉｔ／ｓ，同步传输体系（ＳＤＨ）利用光纤的单一波长传输速率从１５５Ｍｂｉｔ／ｓ、６２２Ｍｂｉｔ／ｓ、２．５Ｇｂｉｔ／ｓ　到１０Ｇｂｉｔ／ｓ。从实际应用来看，４０Ｇｂｉｔ／ｓ　传输系统必须采用外调制器，目前具备足够输出电压能够驱动外调制器的驱动集成电路还不成熟；沿用多年的ＮＲＺ调制方式能否有效、可靠地工作于４０Ｇｂｉｔ／ｓ　系统还不确定，可能需要转向性能更好的普通归零（ＲＺ）码乃至调制效率更高的其他调制方式。除了技术因素外，经济上是否可行也是必须考虑的关键因素。尽管目前我国干线网络的波道利用率已经超过７０％，但是光纤利用率不到３０％，ＳＤＨ　电路利用率不到５０％，因此只需在波分复用层面上扩容即可，光缆网的总体容量依然有余，并不需要立即全面升级到４０Ｇｂｉｔ／ｓ速率。另需认真考虑的因素是光缆的极化模色散特性。对于短距离传输，无须色散补偿、光放大器和外调制器，４０Ｇｂｉｔ／ｓ传输系统具有很低的单位比特成本，上述问题不是障碍。因此，４０Ｇｂｉｔ／ｓ传输系统完全可以由短距离互连应用开始，包括端局内路由器、交换机和传输设备间的互连，乃至扩展至城域网范围和短距离长途应用。（二）粗波分复用系统（ＣＷＤＭ）技术的发展与应用。随着技术和业务的发展，利用光纤的多个波长进行复用就是ＷＤＭ　技术。目前，１６０波系统已经成熟商用。它正从长途传输领域向城域网领域扩展，作为进一步提高光纤传输效率的另一个主要途径。尽管城域ＷＤＭ　系统的建设成本明显低于长途网ＷＤＭ　系统，但是目前的绝对成本仍然较高，特别是需要使用光纤放大器的长距离应用成本较高。此外，当前在网络边缘需要整个波长带宽的用户和应用毕竟很少，ＷＤＭ　多业务平台主要适用于核心层，特别是扩容需求较大、距离较长的应用场合。为了进一步降低城域ＷＤＭ　多业务平台的成本，出现了ＣＷＤＭ　粗波分复用系统（Ｃｏａｒｓｅ　Ｗａｖｅ　Ｄｉ－ｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）。这种系统的典型波长组合有４、８和１６三种，波长通路间隔达２０ｎｍ，允许波长漂移±６．５ｎｍ，大大降低了对激光器的要求，成本也大为降低。此外，由于ＣＷＤＭ　系统对激光器的波长精度要求较低，无需制冷器和波长锁定器，不仅功耗低、尺寸小，而且封装可以采用简单的同轴结构，比传统碟型封装成本低，激光器模块的总成本可以减少２／３。从滤波器角度看，典型的１００ＧＨｚ　间隔的介质薄膜滤波器需要１５０层镀膜，而２０ｎｍ　间隔的ＣＷＤＭ　滤波器只需要５０层镀膜，其成品率和成本都可以获得有效改善。二、光纤通信在继电保护中的应用继电保护装置信号的物理传输通道有光纤、微波、电力线载波等，微波和电力线载波易受气候变化影响，传输质量较差，而光纤通道不怕超高压与电磁干扰，传输容量大，绝缘性能好，衰耗低，可靠性高，在继电保护领域中得到了日益广泛的应用。（一）光纤通信来进行继电保护。当被保护的线路长度较长时，为了补偿光功率损耗，把ＲＣＳ－９３１系列光纤纵差保护装置的光信号传入ＭＵＸ－２Ｍ继电保护信号数字复接接口装置，再转化为电信号通过７５Ω的同轴电缆连接通讯ＳＤＨ设备的２０４８ｋ　ｂｉｔ／　ｓ口传到对侧，如图１中的（　ｂ）。ＳＤＨ环网采用的是１５５Ｍ以上速率的传输设备，传输容量大，具有强大的保护恢复能力。当被保护线路发生故障时，装置根据对两侧电流的幅值和相位比较启动光纤纵联差动保护动作使两侧跳闸，所有装置都处理后动作时间一般在３０ｍｓ以内，能够快速切除故障，有效保护线路全长。假设线路发生Ａ相区内故障时，本侧ＲＣＳ－９０２Ｃ系列分相允许式纵联保护装置发出“Ａ相允许跳闸”电信号开入到ＦＯＸ－４１Ａ型继电保护光纤通信接口装置，　ＦＯＸ－４１Ａ内部把此电信号转为光信号传输到对侧的ＦＯＸ－４１Ａ，本侧与对侧之间光纤传输根据线路长度不同有两种传输方式。对侧的ＦＯＸ－４１Ａ光电转换后再把“Ａ相允许跳闸”电信号开入到对侧的ＲＣＳ－９０２Ｃ，对侧的ＲＣＳ－９０２Ｃ保护装置已判断是Ａ相区内故障并收到对侧“Ａ相允许跳闸”信号则保护动作跳对侧Ａ相断路器。同理，对侧发允许跳闸信号到本侧过程也是一样，Ｂ或Ｃ相故障也与Ａ相故障分析过程一样。所有装置都处理后保护动作时间一般在３０ｍｓ左右，快速有效，如图２所示。当被保护线路本侧过电压保护跳闸并启动对侧断路器跳闸时，可以把远跳信号通过ＦＯＸ－４１Ａ传输到对侧；当被保护线路本侧保护跳闸但是断路器失灵没有跳开时，为了避免故障发展扩大，也可以把失灵信号通过ＦＯＸ－　４１Ａ传输到对侧启动对侧断路器跳闸，如图３所示。（二）工程中实际应用问题。１、通道故障检测。光纤纵差保护安全可靠，在使用和运行当中主要是光纤通道的维护。如果光纤通道告警，可以进行逐段自检来确认装置和通道是否正常，另外需仔细观察与光电通道相关的告警指示灯和装置控制字，还可以用光功率计测试光收发功率与光衰耗。部分厂家提供的ＳＤＨ设备也可以实现实时的光功率在线检测，为网络的维护提供了极大的便利性。２、光纤纵差保护旁路切换。目前通信速率一般是２０４８ｋｂｉｔ／ｓ，也有少部分是６４ｋｂｉｔ／ｓ，这给光纤纵差保护的旁路代线路切换运行来了一定问题，根据现在通信的发展情况，通信速率可以都统一到２０４８ｋｂｉｔ／ｓ。与电力线载波高频保护的旁路代线路切换运行需要切换高频载波电缆通道一样，光纤纵差保护的旁路代线路切换运行需要切换光纤通道。三、光纤测温技术在变压器上的应用使用光纤探头测量绕组温度时，　将其嵌入垫块或直接附在需要温度监测的导线上，这种使用方式，　首先必须拆开局部导线绝缘，　并在安装光纤测温探头后再恢复导线绝缘。更普遍的方法是光纤传感技术的应用现状 ◇　刘云圣

光纤传感技术在物联网中的应用_叶宇光

信息安全与技术·2013年1月1引言物联网是通过射频识别技术（RFID ）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备按照约定的协议把一些有联系的实体通过互联网相互连接到一起进行信息的传输和传递，可以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络实现概念。这种概念是在互联网的概念基础上发展起来的，是将用户端延伸并扩展到任何物品与物品之间进行通信和信息交换的网络概念。近年来，随着光纤通信技术的不断发展，进而出现了光纤传感技术。自光纤传感技术开始发展以来，光纤传感器因具有多种优点而得到了快速发展，例如体积偏小、灵敏度非常高、抗干扰能力强等，现如今，已经被广泛应用到很多叶宇光（福建省泉州师范学院数学与计算机科学学院福建泉州362000）【摘要】现如今，物联网已经发展成为了一个研究热点，而光纤传感技术在物联网的发展中也得到了广泛的应用，并引起了广泛的关注。物联网的核心部件为传感器，特别是光纤传感器，它和其它的类型的传感器所不具有的优势，而物联网主要有四个技术构层，它们是应用接口、数据处理技术、数据传输网络和传输网络，在物联网中我们将会看到有大量的各种各样的传感器的存在，这些传感器可以用来感知不同的环境参数，比如温度、重力、光电、声音、震动和位移，这些传感器为物联网提供最原始的数据信息。当前，光纤传感技术在物联网中的应用引起社会各界的高度关注。本文主要对物联网的界定、构成以及光纤传感器的原理和发展现状进行了深入的探讨和分析，并且重点是对光纤传感技术在物联网中的应用加以详细阐述。希望可以通过本文的论述，能够对今后光纤传感技术在物联网中的应用产生一些积极影响。【关键词】光纤传感技术；物联网；原理与现状；应用；传感网络O ptical Fiber S ensing Technology in the A pplication of the Internet of Things Ye Yu-guang （Fujian Province,Quanzhou Normal University Mathematics and Computer Science FujianQuanzhou 362000）【A bstract 】N ow adays,Internet has becom e a research hotspot,and optical fiber sensing technology in the developm ent of Internet of things have been w idely used,and has aroused w ide concern.N etw orking core com ponents as sensor,particularly for optical fiber sensor,it and other types of sensors have m any advantages,but the Internet has four m ain technical structure layer,w hich is the application of interface,data processing,data transm ission netw ork and transm ission netw ork,the joint netw ork w e w ill see a large num ber of a variety of sensors,the sensor can be used to perceive different environm ental param eters,such as tem perature,gravity,photoelectric,sound,vibration and displacem ent,these sensors for netw orking w ith the original data inform ation.C urrent,optical fiber sensing technology in netw orking application causes the height of social all circles pay close attention to.This paper focuses on the Internet of things,w hich define and fiber-optic sensor principle and developm ent present situation has carried on the thorough discussion and analysis,and thefocusis ontheoptical fiber sensing technology in netw orking applications to elaborate.H ope that through this paper,to the future of optical fiber sensing technology innetw orkingapplications havesom epositiveeffects. 【K e ywords 】optical fiber sensingtechnology;netw orking;principleandstatus;application;sensor netw ork 光纤传感技术在物联网中的应用物联网·技术应用·ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ 65··

分布式光纤传感技术

光纤光栅传感器是一种常用的光学传感器件，分布式光纤光栅就属于准分布式光纤传感器件中的一种。选题方向合理。请尽快确定课题完成方式，明确研究内容，尽快开展课题调研论证工作。75 分布式光纤光栅传感技术光纤传感技术是一种以光纤为媒介，光为载体，感知和传输外界信号（被测量）的新型传感技术，是伴随着光导纤维及光纤通信技术发展而逐步形成的。在光通信系统中，光纤被用作远距离传输光波信号的媒质，在这类应用中，光纤传输的光信号受外界因素的影响越小越好，但是，在实际的光传输过程中，光纤容易受到外界环境因素的影响，如温度、压力、应变等外界条件的变化将引起光纤中传输光波的特征参数如频率、相位、光强、偏振态等的变化，通过测量这些参数的变化，就可以得到外界作用于光纤的物理量，这就是光纤传感技术。光纤传感技术的基本原理是：将光源的光入射进光纤，当光在光纤中传输的过程中受到外界物理量影响，使得被测参数与光纤内传输的光相互作用，进行调制，从而使其光学性质如光的频率、波长(颜色)、强度、相位、偏振态等发生变化成为被调制的信号光，然后将这一调制的信号光送入光探测器中进行解调，经信号处理后就可获得被测参数。光纤传感器与传统传感器相比具有许多明显优势： 1）体积小、重量轻，几何形状具有多方面的适应性，可以做成任意形状的传感器和传感器阵列。 2）抗电磁干扰能力强、耐高温、耐腐蚀，在易燃、易爆环境下安全可靠。 3）光纤传感器件多是无源器件，对被测对象影响较小。 4）便于复用，便于成网。它既可以作为信息的传递媒介，又可以作为信号测量的传感装置。 5）光纤传感器传输频带宽，动态范围大，测量距离长。光纤传感器的种类很多，按照其工作方式可分为：点式、准分布式和分布式三类。其中，准分布式光纤传感器是使用传感网络系统进行测量的，其光纤不作为传感元件，只作为传输元件，其敏感元件为多个点式的传感器，它们采用串联或各种网络结构形式连接起来，利用波分复用、时分复用或频分复用等技术形成分布式网络系统，进而可以较精确地分时或同时得到被测量信息的空间分布，也可同时得到某一点或某些空间点上不同被测量的分布信息。光纤光栅传感器除了具有一般光纤传感器耐高温、耐腐蚀等优点之外，还具有波长编码，抗干扰能力强等特性。另外，它较易于在一根光纤中连续写入多个光栅，以制成分布式光纤光栅传感，制得的光栅阵列轻巧柔软，可与渡分复用或时分复用技术等相结合，且十分适于作为分布式传感兀件贴于结构表面或埋人到材料和结构的内部，以实现对结构应变、温度以及压力等的多点监测，这对于目

分布式光纤传感技术报告-12.10

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。本文主要介绍了光纤的相关特性，分布式光纤传感技术的特点、作用及其分类，详细论述了各种分布式光纤传感器的原理、分布式光纤传感技术的研究现状和具体应用。关键字：光纤分布式光纤传感技术原理研究现状应用

目录摘要引言 1、分布式光纤传感技术简介 1.1光纤基础知识 1)光纤的结构特性 2)光纤的机械特性 3)光纤的损耗特性 2、分布式光纤传感技术原理 2.1 基于光纤后向散射的全分布式光纤传感技术 2.1.1 基于OTDR的微弯传感器 2.1.2 基于自发拉曼散射的光时域散射型（ROTDR）传感器 2.1.3基于受激拉曼效应的传感器 2.1.4基于自发布里渊散射的光时域反射型（BOTDR）传感器 2.1.5基于受激布里渊散射效应的传感器 1)基于布里渊散射的光时域分析型（BOTDA）传感器 2)基于布里渊散射的光频域分析型（BOFDA）传感器 3)基于布里渊散射的光相关域分析型（BOCDA）传感器 4)基于布里渊散射的光相关域反射型（BOCDR）传感 2.1.6基于瑞利散射的偏振光时域反射型（POTDR）传感器 2.1.7基于相位敏感的光时域反射型（Φ-OTDR）传感器 2.2 长距离干涉传感技术 2.3 基于光纤干涉仪的准分布式光纤传感技术 2.4 基于FBG的准分布式光线传感技术 3、分布式光纤传感技术国内外研究进展 4、分布式光线传感技术应用实例

基于瑞利散射的分布式光纤传感技术

光纤中的散射光当光（电磁）波射入介质时，若介质中存在某些不均匀性（如电场、相位、粒子数密度n、声速v等）使光（电磁）波的传播发生变化，有一部分能量偏离预定的传播方向而向空间中其他任意方向弥散开来，这就是光散射。光的散射现象的表现形式是多种多样的，从不同的角度出发，可有不同的分类，但从产物的物理机制来看，可以分为两大类：第一类是非纯净介质中的光散射，该散射现象不是介质本身所固有的，而强烈地依赖于掺杂进来的散射中心的性质或介质本身的纯净度。其规律主要表现为：散射光的频率与入射光的频率相同；散射光的强度与入射波长成一定关系。第二类是纯净介质中的散射，即使所考虑的介质是由成分相同的纯物质组成，其中不含有外来掺杂的质点、颗粒或结构缺陷等，仍然有可能产生光的散射现象，这些散射现象是介质本身所固有的，与介质本身的纯净度没有本质上的关系。属于这类纯净介质的散射现象有如下几种： 1）瑞利散射设介质是由相同的原子或分子组成，由于这些原子或分子空间分布的随机性的统计起伏（密度起伏），造成与电极化特性相应的随机性起伏，而形成入射光的散射。这种散射现象的特点是频率与入射光频率相同，在散射前后原子或分子内能不发生变化，散射光强度与入射光波长的四次方成反比。 2）拉曼散射这种散射现象通常发生在由分子组成的纯净介质中，组成戒指的分子是由一定的原子或离子组成的，它们在分子内部按一定的方式运动（振动或转动），分子内部粒子间的这种相对运动将导致感生电偶极矩随时间的周期性调制，从而可以产生对入射光的散射作用；在单色光入射的情况下，这将是散射光的频率相对于入射光发生一定的移动，频移量正好等于上述调制频率，亦即与散射分子的组成和内部相对运动规律有关。 3）布里渊散射对于任何种类的纯净介质来说，由于组成介质的质点群连续不断的做热运动，使得在介质内始终存在着不同程度上的弹性力学振动或声波场。连续介质的这种宏观弹性力学振动，意味着介质密度（从而也是折射率）随时间和空间的周期性起伏，因而可对入射光产生散射作用，这种作用类似于超声波对光的衍射作用，并且散射光的频移大小与散射角及介质的声波特性有关。

分布式光纤传感器系统测量原理

分布式光纤传感器系统测量原理 [摘要]: 光在光纤中传播，光与介质中光学声子、声学声子发生碰撞，会产生后向散射的光，这些后向散射的光的频率、强度均会发生改变。其改变量的大小与折射率等有关，而折射率等因素受光纤的应变、温度的影响。 [关键词]：光纤；光纤传感器；测量中国分类号：TN6 文献标识码：A 文章编号：1002-6908(2007)0110021-01 1．BOTDR的分布式温度和应变测量 BOTDR的分布式应变测量原理，当入射光在光纤中传播时，入射光会与声波声子相互作用，产生布里渊散射。其散射光的传播方向与入射光的传播方向相反。当入射光的波长那布里渊散射的最大能量的频率与入射光的频率之差大约是11GHz。这个频移量就叫做布里渊频移。如果光纤沿径向发生了应变，那布里渊散射对应于应力的频移量，如图1所示：为了测量分布式的应变，通过使用BOTDR技术，沿着光纤观测布里渊散射光的频谱，确定布里渊频移的大小，从而达到测量应力的目的。如图2所示。在光纤的一端脉冲光入射，同时在这端使用时间域的BOTDR接收布里渊后向散射光。因此，产生布里渊散射的位置与脉冲光发射的位置的距离Z可以由下列登时确定，在这个式中，时间T是发射脉冲光与接收的布里渊散射光的时间差。为了能获得布里渊散射光的频谱，我们重复上面所做的步骤，我们缓慢的改变入射光的频谱宽度。在布里渊散射光的不同频率段，我们能获得大量的分布式能量。如图2所示。所以，我们能够从获得的布里渊散射光的波形，知道在光纤中任何位置，那散射光的频谱。所以，我们固定频谱到那些Lorentzian弯曲和使用能量峰值的频谱。通过相应弯曲位置的应力。应变与布里渊频率的改变量的各自联系。在实际的测量中，测量之前，（1）中的系数和布里渊频移可以在无应变时测量出来。然后，频移转换成应变。注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。

光纤传感器的基本原理及在医学上的应用

２００8年9月中国医学物理学杂志Sep ．,２００8 第２5卷第5期ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅｄｉｃａｌＰｈｙｓｉｃｓＶｏｌ．25．Ｎｏ．5 光纤传感器的基本原理及在医学上的应用孙素梅1，陈洪耀2，3，尹国盛2（1.漯河医学高等专科学校，河南漯河462000；2.河南大学物理与电子学院，河南开封 475004；3.中国科学院安徽光学精密机械研究所，安徽合肥230031）摘要：目的：本文的目的简要介绍光纤传感器的基本原理和简单分类，重点阐述传光型光纤传感器在医学的压力、流速、ｐＨ值等五方面的应用。方法：光纤传感器基本原理是将光源发出的光经光纤送入调制区，在调制区内，外界被测参数与进入调制区的光相互作用，使光的强度、频率、相位、偏振等发生变化成为被调制的信号光，再经光纤送入光探测器、解调器而获得被测物理量。光纤传感器按其传感原理可分为两大类：一类是传光型传感器，另一类是传感型传感器。结果：目前在医学上应用的主要是传光型光纤传感器。光纤传感器主要优点：小巧、绝缘、不受射频和微波干扰、测量精度高。医疗上的图象传输是传输型光纤传感器应用中很有特色的一部分。只需将许多光纤组成光纤束，就可以做成能有效地使图象空间量子化的传感器。自从光导纤维引入到内窥镜以后，扩大了内窥镜的应用范围。光导纤维柔软、自由度大、传输图象失真小、直径细等优点使得各种内窥镜检查人体的各个部位几乎都是可行的，且操作中不会引起病人的痛苦与不适。其中光纤血管镜已应用于人类的心导管检查中。在进行激光血管成形术时，血管镜可提供很多重要的信息，用以引导激光辐射的方向，选择激光的能量和持续时间，并可了解在成形术后的治疗效果。光纤内窥镜不仅用于诊断，也正进入治疗领域中，例如用于做息肉切除手术等。微波加温治疗技术是当前治疗癌症的有效途径，但微波加温治疗癌症技术的温度难以控制，而光纤温度传感器恰可以对微波加温治疗癌症的有效温度进行监测，从而使温度不致于过高杀死人体的正常细胞，也不会过低达不到治疗目的，使癌细胞进一步扩散。光纤温度传感器在癌症治疗方面的研究和开发正日益兴起。结论：光纤传感器作为一种优势明显的新型传感器在医学领域得到应用，为治疗疾病提供了一种崭新的方法。可以预见随着制作技术的日益成熟和器件性能的不断提高，不久的将来光纤传感器必将会进一步推动医学的飞速发展。关键词：光纤传感器；测量；医学；应用中图分类号：Ｒ３１２文献标识码：Ａ文章编号：1005-202X （2008）05-0846-05 The Basic Principle and Applications on Medical of Fiber Optic Sensors ＳＵＮＳｕ－ｍｅｉ１，ＣＨＥＮＨｏｎｇ－ｙａｏ２，３，ＹＩＮＧｕｏ－ｓｈｅｎｇ２（１．ＬｕｏｈｅＭｅｄｉｃａｌＣｏｌｌｅｇｅ，ＬｕｏｈｅＨｅ＇ｎａｎ４６２０００，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｈｉｎａＰｈｙｓｉｃｓａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＣｏｌｌｅｇｅ，Ｈｅ＇ｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＫａｉｆｅｎｇＨｅ＇ｎａｎ４７５００４，Ｃｈｉｎａ；３．ＴｈｅＡｎ＇ｈｕｉＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＯｐｔｉｃｓａｎｄＰｒｅｃｉｓｉｏｎＭｅｃｈａｎｉｃｓ，ＴｈｅＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，ＨｅｆｅｉＡｎｈｕｉ２３００３１，Ｃｈｉｎａ） Abstract:Objective:Ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｓｉｍｐｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｈｅｂａｓｉｃｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｓｅｎｓｏｒａｎｄｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｏｎｍｅｄｉｃａｌｉｎｂｌｏｏｄｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｔｈｅｓｐｅｅｄｏｆｆｌｏｗ，ｔｈｅｐＨｖａｌｕｅｅｔｃ．Method:Ｔｈｅｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｓｅｎｓｏｒｂａｓｉｃｐｒｉｎｃｉｐｌｅｉｓｔｈｅｌｉｇｈｔｗｈｉｃｈｓｅｎｄｓｏｕｔｔｈｅｐｈｏｔｏｓｏｕｒｃｅｓｅｎｄｓｉｎａｆｔｅｒｔｈｅｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｔｈｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎａｒｅａ，ｉｎｔｈｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎａｒｅａ，ｔｈｅｏｕｔｓｉｄｅｗａｓｍｅａｓｕｒｅｄｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｗｉｔｈｅｎｔｅｒｓｔｈｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎａｒｅａｔｈｅｌｉｇｈｔｔｏａｆｆｅｃｔｍｕｔｕａｌｌｙ，ｃａｕｓｅｓｔｈｅｌｉｇｈｔｔｈｅｉｎｔｅｎｓｉｔｙ，ｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ｔｈｅｐｈａｓｅ，ｔｈｅｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｔｏｏｃｃｕｒｃｈａｎｇｅｓｉｎｔｏｔｈｅｓｉｇｎａｌｌｉｇｈｔｗｈｉｃｈｍｏｄｕｌａｔｅｓ，ａｇａｉｎｐａｓｓｅｓｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｔｏｓｅｎｄｉｎｔｈｅｌｉｇｈｔｄｅｔｅｃｔｏｒ，ｔｈｅｄｅｍｏｄｕｌａｔｏｒｏｂｔａｉｎｓｉｓｍｅａｓｕｒｅｄｔｈｅｐｈｙｓｉｃａｌｑｕａｎｔｉｔｙ．Ｔｈｅｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｓｅｎｓｏｒｍａｙｄｉｖｉｄｅｉｎｔｏｔｗｏｋｉｎｄｓａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｉｔｓｓｅｎｓｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅ：ｏｎｅｋｉｎｄｉｓｔｈｅｌｉｇｈｔ－ｐａｓｓｉｎｇｓｅｎｓｏｒ；ｔｈｅｏｔｈｅｒｉｓｔｈｅｓｅｎｓｉｎｇｓｅｎｓｏｒ．Result:Ａｔｐｒｅｓｅｎｔ，ｔｈｅｍａｉｎａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｍｅｄｉｃｉｎｅｉｓｔｈｅｌｉｇｈｔ－ｐａｓｓｉｎｇｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｓｅｎｓｏｒ．Ｔｈｅｍａｉｎａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｓｅｎｓｏｒａｒｅ：ｅｘｑｕｉｓｉｔｅ，ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ，ｎｏｔｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄｂｙｔｈｅｒａｄｉｏｆｒｅｑｕｅｎｃｙａｎｄｔｈｅｍｉｃｒｏｗａｖｅ．Ｔｈｅｍｅａｓｕｒｉｎｇａｃｃｕｒａｃｙｉｓh ｉｇｈ．Ｔｈｅｉｍａｇｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｉｎｍｅｄｉｃａｌｉｓｔｈｅｓｐｅｃｉａｌｐａｒｔｏｆｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｎｔｈｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｍｏｄｅｓｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｓｅｎｓｏｒ．Ｏｎｌｙｔｉｅａｐｌｅｎｔｙｏｆｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｔｏｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｓ，ｗｅｃｏｕｌｄｍａｋｅｔｈｅｓｅｎｓｏｒｗｈｉｃｈｃａｎｃａｕｓｅｔｈｅｉｍａｇｅｓｐａｃｅ收稿日期：2008-03-10 作者简介：孙素梅（1954-），女，漯河医学高等专科学校物理教研室副教授。Tel ：0395-296452713939575106；E -mail ： sunsumei2007@https://www.360docs.net/doc/8c11204410.html, 。 846--

分布式光纤传感技术在地震监测中的应用探讨

分布式光纤传感技术在地震监测中的应用探讨刘文义（中国地震局第二监测中心，陕西西安 710054） 1 分布式光纤传感技术分布式光纤传感利用光导纤维具有的传感、传输双重特性，实现对被测量对象沿光纤分布的多点甚至连续测量，以达到取代多台独立点传感器的目的。它既具有光纤的抗电磁场干扰、大信号传输带宽等优点，又突破了点式光纤传感的限制，可以同时获得被测量对象测量参数的空间分布及其随时间变化的信息，并使之能够进行远距离遥测监控，在许多工程领域有重大的应用价值。分布式光纤传感技术主要有3个方面的突破：①基于瑞利散射的分布式光纤传感技术；②基于拉曼散射的分布式光纤传感技术；③基于布里渊散射的分布式光纤传感技术。基于布里渊散射的分布式传感技术的研究起步较晚，但由于它在温度、应变测量上所达到的测量精度、测量范围以及空间分辨率均高于其他传感技术，因此，这种技术在目前得到广泛关注与研究。 2 布里渊分布式光纤传感系统研究现状和产品性能分析（1）传感方案的研究现状。目前，基于布里渊散射的分布式光纤传感系统从方案上分主要有三种：时域反射计（BOTDR）的光纤传感技术、时域分析（BOTDA）的光纤传感技术、光频域分析（BOFDA）的光纤传感技术。由于基于BOTDR的传感方式最大的优点是只需要单端入射，结构简单，从而在实际应用中会很方便，所以，目前国内外对此方案的研究投入相对较多，是技术与产品最成熟的光纤传感器。（2）传感系统性能的研究现状。对传感系统的性能的研究成果比较突出的主要集中在以下4个方面：温度或应变传感系统的研究；温度和应变同时传感系统的研究；提高系统空间分辨率的研究；提高系统传感距离的研究。（3）主要分布式光纤传感器产品。目前主要有日本、英国、瑞士、加拿大等国的公司生产商用产品。 3 分布式光纤监测技术的最新进展（1）国际研究进展。近年来，光纤传感器研究现状和发展趋势呈现出以下几个方面的特点：传感监测的解调技术更加先进，性能和指标更加精确和准确；分布式监测越来越受重视，已成为地质、岩土和土木工程监测的发展方向；应用技术的研究在不断加强，包括光纤传感器的封装技术，特种传感光纤的研制，传感光纤的铺设和安装技术等；相关技术的应用领域和范围迅速扩大。（2）我国研究应用现状。近几年，我国在研究和应用方面有了长足的发展，新型传感技术不断涌现，工程的应用面不断扩大。与国际上一些先进国家相比还存在着一定的差距，主要体现在一些核心的传感解调技术还掌握在少数国家手中，监测仪器昂贵导致这些先进技术的推广和应用受到了很大影响。 4 在地震监测中的可行性研究与目前地震监测的方法相比，分布式光纤传感器除具有结构简单、灵敏度高、耐腐蚀、电绝缘、防爆性好、抗电磁干扰、光路可挠曲、易于与计算机连接、便于遥测等优点外，其最显著的优点就是可以测出光纤沿线任一点上的应变、温度和损伤等信息，实现对监测对象的全方位立体监测。因此，引进、研究和开发分布式光纤应变/温度观测技术对活动块体边界带（或断裂带）的监测具有重要意义。（作者信箱：sf55@https://www.360docs.net/doc/8c11204410.html,） 101

分布式光纤传感温度报警系统

分布式光纤传感温度报警系统Ξ 张在宣　郭　宁　余向东　吴孝彪 (中国计量学院光电子技术研究所,杭州310034) 摘　要　研制了一种由分布光纤温度传感器系统组成的新型在线自动温度检测、报警系统,它是一种特殊的光纤通信网络,也是一种光纤雷达。文中讨论了系统的工作原理、调制与解调原理,系统的组成结构和系统的报警特性。在一根2km光纤上可采集一千个温度信息并能进行空间定位,是一种理想的温度报警系统。关键词　分布光纤温度传感器　光时域反射技术　温度报警系统一、前　言分布式光纤温度传感器系统实质上是分布光纤喇曼(Raman)光子传感器(DOFRPS)系统,它是近年来发展起来的一种用于实时测量空间温度场的光纤传感系统。在系统中光纤既是传输媒体又是传感媒体,利用光纤背向喇曼散射的温度效应,光纤所处空间各点的温度场调制了光纤中的背向喇曼散射的强度,即反斯托克斯(stokes)背向喇曼散射光的强度),经波分复用器和光电检测器采集了带有温度信息的背向喇曼散射光电信号,再经信号处理系统解调后,将温度信息实时从噪声中提取出来并进行显示,它是一种典型的光纤通信网络;在时域里,利用光纤中光波的传播速度和背向光回波的时间间隔,利用光纤的光时域反射(O TDR)技术对所测温度点定位,它是一种典型的光雷达系统。分布光纤传感系统中的传感光纤不带电,抗射频和电磁干扰,防燃、防爆、抗腐蚀、耐高电压和强电磁场、耐电离辐射,能在有害环境中安全运行,系统具有自标定、自校准和自检测功能;即使在光纤受损时不仅可继续工作,而且可检测出断点位置。在一根2km光纤上可采集一千个温度信息并能进行空间定位,由于分布光纤传感系统的优越特性,已经开始应用于火灾自动温度报警系统。分布光纤温度传感器的主要用途: 11用于煤矿、隧道的温度自动报警控制系统; 21油库、油轮,危险品仓库,大型货轮,军火库等温度自动报警控制系统; 31高层建筑、智能大厦、桥梁、高速公路等在线动态检测和火灾防治及报警; 41各种大、中型变压器,发电机组的温度分布测量,热保护和故障诊断; 51地下和架空高压电力电缆的热检测与监控; 61火力发电所的配管温度、供热系统的管道、输油管道的热点检测和故障诊断;化工原料、照相材料及油料生产过程在线动态检测; 71作为一种典型的机敏结构用于航空、航天飞行器在线动态检测和机器人的神经网络系统。分布光纤温度传感系统是一种光机电和计算机一体化的高科技,世界上有英国、日本、瑞士和我国研制生产,英国、日本等应用于大型变压器、发电机组热保护和保障诊断,日本、瑞士和我国开始应用于火灾自动报警控制系统。分布光纤温度传感器系统可显示温度的传播方向、速度和受热面积。可将报警区域的 42计量技术　20001№2Ξ国家首批产学研工程项目资助

分布式光纤传感器

光纤分布式声波传感技术刘德中通信学院 2013010917006 内容摘要声波属于物质波,其实质是质点振动、应力、压力等在弹性介质中的多样表现形式。在声学的研究领域中,声波的产生机制、传播形式以及检测方法是会共同涉及的内容。目前的声波检测技术就是利用声波信号在弹性介质内的传播变化实现对检测目标的测探、准确识别、定位等。在光纤传感领域,当前的一个研究热点就是光纤声波检测,它可以用作水听器,应用于海洋、陆地石油、天然气勘探输油管道实时检测预警系统;也可用作光纤麦克风,用光纤光栅制成的声波传感探头基元以光纤光栅的中心波长调制来获得传感信息的,它具有灵敏度高、抗干扰能力强、全光纤的特点,同时还具有能够实现波分复用、检测探头的微型化等特点。关键词：声波检测光纤传感技术分布式震动传感布里渊散射一、技术原理（一）基于光纤光栅的传感器基于光纤光栅的传感器的原理是当温度、应变、折射率、应力、浓度等外界环境因素出现变化时,光纤光栅的有效折射率或者是光纤光栅周期就会发生改变,从而使得光纤光栅的中心波长出现变化,对这一变化量经过信号处理之后,就能够获得所需要检测的参数。这一过程中,传感信号的获得方式是通过光纤光栅中心波长的调制实现的,相比于强度调制传感器而言,光纤光栅传感器的灵敏度更高,更广的动态测量范围。所以,基于光纤光栅的传感器以其自身强大的抗干扰能力、高灵敏度以及对光源的稳定性及能量特征要求低的特性, 使其在精确、精密测量方面十分合适,光纤光栅传感器目前已经占据了以光纤为主要材料的44%左右。（二）光纤声波传感器声音属于微压动态信号,要想测量声音信号,可以通过监测频率或声压来实现。一般情况下,人们在传递和探测声信号时,会使用电子式传声器,该传声器具有声-电换能原理,然而在一些特殊的环境中,如在核磁共振、强电磁干扰或易燃易爆环境中,一些电子式传声器会失去作用,加之信号衰减会给传感器端的弱电量信号带来不利影响,所以在较远的距离间无法使用电子式传声器, 这给远距测量带来了诸多难题。为了让信息能够准确传递出去,必须研宄一种无源传声器,这种传声器不受电磁的干扰,还能在较远的距离间进行传输。光纤

用于分布式光纤传感的全光纤激光器

第37卷　第6期中　国　激　光 Vol.37,No.62010年6月 CHIN ES E J OURNAL OF LAS ERS J une ,2010 文章编号:025827025(2010)0621501204 用于分布式光纤传感的全光纤激光器高存孝1　朱少岚1,2　冯　莉1　宋志远1,2　曹宗英1　何浩东1　牛林全1,2 1 中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室,陕西西安710119 2 中国科学院研究生院,北京100049 摘要　报道了一台适用于分布式光纤传感的全光纤激光器。激光器基于主振荡功率放大(MOPA )技术,种子光源为半导体激光器,放大器为掺铒光纤放大器。实现了重复频率和脉冲宽度分别独立可调的激光输出,中心波长为 1550nm ,光谱的3dB 带宽小于0.2nm ,获得的最高峰值功率为1.1kW ,输出的激光脉冲中放大自发辐射(ASE ) 功率分数的最大值低于10%。关键词　激光器;光纤激光器;掺铒光纤放大器;分布式光纤传感中图分类号　TN248.1 文献标识码　A doi :10.3788/CJL 20103706.1501 A n All Fi be r L as e r f o r Dis t ri but ed Op t ical Fi be r S e ns o r Gao Cunxiao 1　Zhu Shaolan 1,2　Feng Li 1　Song Zhiyuan 1,2　Cao Zongying 1 He Haodong 1　Niu Linquan 1,2 1 St a te Key L abor ator y of Tr a nsie nt Op tics a n d Photonics ,Xi ′a n I nstit ute of Op tics a n d Precision Mecha nics , Chi nese Aca de m y of Sciences ,Xi ′a n ,S ha a nxi 710119,Chi n a 2 Gr a d ua te U niversit y of Chi nese Aca dem y of Scie nces ,Beiji ng 100049,Chi n a Abs t r act An all fiber laser which is suitable for dist ributed optical fiber sensor is reported.The laser is based on the technique of master 2oscillator 2power 2amplifier (MOPA ),whose seed laser is a laser diode and amplifier is Er 3+doped fiber amplifier.The laser operates in wavelength of 1550nm with the tunable repetition rate and the p ulsewdith ,and the 3dB width is less than 0.2nm.The maximum peak power 1.1kW of laser p ulse is obtained ,and the power of amplified spontaneous emission (AS E )in the outp ut pulse is less than 10%in all condition.Key w or ds lasers ;fiber laser ;Er 3+doped fiber amplifier ;dist ributed optical fiber sensor 收稿日期:2010203222;收到修改稿日期:2010204216 作者简介:高存孝(1979—),男,助理研究员,主要从事脉冲光纤激光器、放大器以及脉冲半导体激光器技术等方面的研究。E 2mail :cxgao @https://www.360docs.net/doc/8c11204410.html, 1　引言分布式光纤传感技术是集光、机、电为一体的综合性技术,具有寿命长、耐高电压、抗电磁干扰和系统简单等优点,可以实现连续的空间温度测量、气体泄漏的在线监测等,目前已经广泛用于电力冶金、石油化工、交通运输和火灾预防报警等诸多领域[1～4]。在分布式光纤传感系统中光纤既作为传输通道,同时又是传感的功能元件,可以非常容易地获得链路上被测量参数的空间分布和时间变化信息,这是传统光纤传感所无法比拟的。目前的分布式光纤传感技术主要有:基于光纤拉曼散射或布里渊散射的光时域反射及频域反射技术、基于光纤瑞利散射的偏振光时域反射技术、长距离光干涉技术、菲涅耳反射技术以及准分布式光纤布拉格光栅复用技术等[5～12]。这些技术分别有各自的特点,适合于不同的应用场合。对于基于光纤拉曼散射的光时域反射技术而言,其工作原理是利用光纤背向拉曼散射的温度效应,即光纤所处空间各点的温度场能够改变光纤中背向拉曼散射光的强度,通过测量拉曼反射光的强度就可以得到相应的温度值,并使用光时域反射技术来确定所测温度点的位置。这种分布式光纤传感技术系统结构简单、成本低和应用范围广,目前已经实现了10km 以上的测量距离,是一种很有市场前景的技术。

拉曼型分布式光纤传感器DTS重点

拉曼型分布式光纤传感器DTS 拉曼型分布式光纤传感器DTS描述: 产品简介拉曼型分布式光纤传感器DTS是国内外应用较成熟的分布式光纤测温技术,利用自发拉曼散射效应和光时域反射技术实时获得沿光纤分布的温度信息,结合智能火灾判断算法,可及时预警火灾隐患,并精确定位火灾发生位置。诺驰光电的DTS产品采用模块化设计,可靠性高;同时凭借高速微弱信号处理技术优势,实现0.5m空间分辨率,技术指标国内领先。诺驰光电可提供基于多模光纤和单模光纤的DTS,尤其适合高压电缆在线监测、电力载流量分析、交通隧道火情监测、油气储罐火情监测、输煤皮带火情监测、大坝渗漏监测应用。测量原理拉曼型分布式光纤传感器DTS的温度测量基于自发拉曼Raman散射效应。大功率窄脉宽激光脉冲入射到传感光纤后,激光与光纤分子相互作用,产生极其微弱的背向散射光,包括温度不敏感的斯托克斯Stokes光和温度敏感的反斯托克斯Anti-stokes光,两者波长不一样,经波分复用器WF分离后由高灵敏的探测器APD探测,根据两者的光强比值可计算出温度。而位置的确定是基于光时域反射OTDR技术,利用高速数据采集测量散射信号的回波时间即可确定散射信号所对应的光纤位置。

技术优势 ?连续分布式温度测量,无测量盲区?光纤即为传感器,可抗干扰 ?测量距离长?可精确定位 ?测量速度快?本质安全,适于易燃易爆环境下长期工作 ?测量稳定可靠,误报率低?光纤寿命长,几十年免维护性能特点 ?测量距离:10km?空间分辨率:0.5m—10m ?取样分辨率:0.25m—1m?测量时间:5s ?测量精度:1℃?友好的用户软件,提供可视化界面?提供单模光纤版本产品应用Applications 性能指标