应用于物联网的分布式光纤布里渊传感系统

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分布式光纤传感器原理

分布式光纤传感器原理

分布式光纤传感器原理一、分布式光纤传感器原理分布式光纤传感器(Distributed Optical Fiber Sensor,DOFS)是一种新型传感技术,它利用光纤原理监测、测量被测目标的参数。

传感器通过植入光纤改变或分析光纤内传播的光脉冲,根据数学模型和算法从光脉冲的改变中分析出被测参数,从而达到监测或测量的目的。

传统的光纤传感器主要分为单点检测和分布式传感两类。

单点检测只能检测光纤段的一点,而分布式传感则可以同时监测整个光纤段的参数,如压力、温度、振动等。

分布式光纤传感器主要有两种:光纤Brillouin散射传感器(Fiber Brillouin Scattering Sensor)和光纤Raman散射传感器(Fiber Raman Scattering Sensor)。

1. 光纤Brillouin散射传感器光纤Brillouin散射传感器是利用光纤内固有的acoustic-optic 效应(Brillouin散射)来测量光纤内部的物理参数,如压力、温度、拉力等。

光纤Brillouin散射是指一束光线入射至光纤材料或结构中,由于光纤材料的内部固有声子和光子的相互作用,使得光子的波长会发生微小的变化,即光子的波长会发生一个内部固有的 Brillouin 光谱线,里面包含着光纤的特征参数,例如压力、拉力、温度等。

2. 光纤Raman散射传感器光纤Raman散射传感器是基于光纤Raman散射原理,利用激光激发出的光纤中的能量状态的微小变化来测量物理参数,如温度、压力、拉力等。

光纤Raman散射(Fiber Raman Scattering)是指一束激光入射至光纤中,由于光子和光纤中的自由电子的相互作用,使得激光光子中的能量状态发生微小的变化,从而产生一条Raman光谱线。

里面包含着光纤的特征参数,如温度、压力、拉力等。

二、分布式光纤传感器的应用分布式光纤传感器在工程和科学研究中有着广泛的应用,如用于: 1. 架构监测:可为大型结构物提供细节的分布式监测,如桥梁、建筑物等;2. 海洋和河流监测:可以实现实时的海洋流速和河流溯源的监测;3. 地质监测:可以检测地表或地下的地质变化,如地震、地质构造变化等;4. 军事和安全监控:可以检测活动的物体,如坦克、舰船等;5. 工厂设备监控:可以实现机器的实时监控,如机床、发动机等。

物联网智能传感技术[物联网传感知识技术论文]

物联网智能传感技术[物联网传感知识技术论文]

物联网智能传感技术[物联网传感知识技术论文]物联网传感技术论文篇一:《无线传感器网络和物联网》摘要:互联网的产生,极大地改变了人们生活。

随着科学技术的发展以及生活的需要,人们除了利用有线网络以外,还可以充分利用无线网络做到物物相连。

由此催生无线传感器网络和物联网。

在当前无线传感器网络和物联网兴起的形势下,作为其基础依托的互联网处于什么地位,对其发展有什么作用呢本文通过分析介绍了无线传感器网和物联网的构成和发展现状,由此探讨了网络在这两网所处的地位和作用。

关键词:传感器;物联网;无线传感器网络1.引言无线传感器网络和物联网是比较新的技术领域,而且受到全社会的普遍关注。

近年来,世界上某些发达国家加大投入,研究开发这方面的应用,积极攻克在标准上、技术和应用上的尖端技术。

我国也把这项技术发展列入国家中长期科技发展规划,以致当前的无线网络得以飞速发展。

在实现无线传感器网和物联网产业化发展过程中,应该认清形势,积极创造条件,加快发展和应用该项技术。

2.无线传感网与物联网的构成2.1无线传感器网络的构成无线传感器网络(WireleSenorNetwork)是由大量传感器节点通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织网络系统。

它能够实现数据的采集、量化、处理、融合和传输。

它综合了微电子技术、嵌入式计算技术、现代网络和无线通信技术、分布式信息处理技术等先进技术,能够协同的实时监测、感知和采集网络覆盖区域中的各种环境或监测对象的信息,并对其进行处理。

无线传感器网络是由传感器网络节点构成的。

应用和监测物理信号的不同决定了传感器的类型,另外节点的功能和组成也不尽相同。

无线传感器网络节点的基本组成和功能包括如下几个单元:传感单元(由各种不同类型的传感器和模数转换功能模块组成)、处理单元(由嵌入式系统构成,包括CPU、存储器、嵌入式操作系统等)、通信单元(由无线通信模块组成)、以及电源部分。

也可以选择其它功能单元如定位系统、移动系统等。

《基于拉曼与布里渊散射的分布式光纤双参量传感系统研究》范文

《基于拉曼与布里渊散射的分布式光纤双参量传感系统研究》范文

《基于拉曼与布里渊散射的分布式光纤双参量传感系统研究》篇一一、引言随着科技的不断进步,光纤传感技术已成为现代工业、军事、医疗等领域中不可或缺的重要技术。

其中,分布式光纤传感系统以其独特的优势,如长距离、高灵敏度、高空间分辨率等,在众多领域得到了广泛的应用。

本文将重点研究基于拉曼与布里渊散射的分布式光纤双参量传感系统,探讨其原理、性能及潜在应用。

二、拉曼与布里渊散射的基本原理1. 拉曼散射:当光与物质相互作用时,光子会与分子或原子发生能量交换,从而改变其传播方向和频率。

这种现象称为拉曼散射。

通过分析拉曼散射的频率变化,可以得到物质的分子结构信息。

2. 布里渊散射:布里渊散射是指声波与光波相互作用产生的散射现象。

当光在介质中传播时,声波会对介质中的分子产生扰动,使光波产生非弹性散射。

布里渊散射可以用来测量声波的速度和传播介质的相关性质。

三、分布式光纤双参量传感系统的构成与原理分布式光纤双参量传感系统利用拉曼与布里渊散射效应,通过在光纤中传输的光信号进行检测与分析,实现对温度、应力等参量的测量。

系统主要由光源、光纤、光探测器等部分组成。

其中,光源发出的光经过光纤传输后,会与光纤中的物质发生相互作用,产生拉曼与布里渊散射。

通过分析这些散射光的特性,可以推导出光纤中不同位置的温度、应力等参量的变化。

四、系统性能分析分布式光纤双参量传感系统具有以下优点:1. 长距离测量:由于光纤的传输距离长,因此可以实现对长距离的分布式测量。

2. 高灵敏度:通过分析拉曼与布里渊散射的光信号,可以获得高灵敏度的测量结果。

3. 高空间分辨率:系统具有较高的空间分辨率,可以实现对光纤中不同位置的参量进行精确测量。

然而,该系统也存在一些挑战和限制,如信号处理复杂、成本较高等。

因此,在实际应用中需要综合考虑系统的性能需求、成本等因素。

五、潜在应用基于拉曼与布里渊散射的分布式光纤双参量传感系统具有广泛的应用前景,可应用于以下领域:1. 石油化工:用于监测油气管道的温度、压力等参数,确保管道安全运行。

分布式光纤传感网络技术的研究与应用

分布式光纤传感网络技术的研究与应用

分布式光纤传感网络技术的研究与应用随着物联网技术的发展,分布式光纤传感网络技术作为其重要应用之一,已经开始进入人们的视野。

分布式光纤传感技术是一种通过利用光纤作为传感元件,实现对周边环境变化的实时感知和监测。

它能够对温度、形变、应变、压力等物理量的变化进行精确监测和分析。

本文将对分布式光纤传感网络技术进行研究和应用分析。

1. 分布式光纤传感技术的基本原理及优势分布式光纤传感技术是利用光纤本身的属性,将其作为传感元件,传输探测信号。

在光纤中引入探测信号光束,通过探测光束中的散射效应,实现对被监测系统中的物理量进行探测。

该技术具有传输距离远、感测范围大以及不受电磁干扰的优点,适用于场强或场分布不平均的环境,在工程实践中得到了广泛应用。

相比于传统传感方法,分布式光纤传感技术有以下显著优点:1) 可实现大范围、高精度的实时监测2) 不受被监测系统中的物理量的数量和分布位置的限制3) 实时数字化信号输出,高精度读取数据2. 典型光纤传感技术(1) 光弹效应传感技术利用光纤的弹性特性,设计一定的光栅结构,实现对被测物体的形变和应力进行测量。

(2) 光声效应传感技术通过光纤中的声波成像,可以被视为一个多点的探测器,通过探测声波的传播时间,可以计算得到被测物体的位置信息。

(3) 光纤布里渊散射传感技术利用光纤中的布里渊散射效应,实现对温度、压力等物理量的测量。

3. 分布式光纤传感网络的研究及应用分布式光纤传感网络是将多个光纤传感单元(Distributed Fiber Optic Sensors, DFOs)连接在一起,形成一个分布式传感网,来实现对被监测物体的全局监测。

随着分布式光纤传感技术的不断发展,该技术在许多领域得到了广泛应用。

(1) 油田监测光纤传感技术可以用于油田监测中,帮助工程师更好地监测生产流程中的压力、温度和流量等参数,并且可以实时监测地震等自然灾害风险,保障员工、油田设备的安全。

(2) 铁路监测利用分布式光纤传感技术对铁路进行全面监测,能够实现实时监测钢轨的热胀冷缩,以及机车疲劳等重要参数。

《2024年BOTDR分布式光纤传感信号处理关键技术研究》范文

《2024年BOTDR分布式光纤传感信号处理关键技术研究》范文

《BOTDR分布式光纤传感信号处理关键技术研究》篇一一、引言BOTDR(Brillouin Optical Time Domain Reflectometry)技术作为一种重要的分布式光纤传感技术,已经在通信、地质探测、航空航天等多个领域得到广泛应用。

该技术基于光纤中布里渊散射现象进行传感信号的测量与传输,具备非接触、长距离、高精度等特点。

本文旨在深入探讨BOTDR分布式光纤传感信号处理中的关键技术,为相关领域的研究与应用提供理论支持。

二、BOTDR分布式光纤传感原理BOTDR技术利用激光脉冲在光纤中产生的声波与光波相互作用,产生布里渊散射现象。

通过测量散射光的频率和相位信息,可以获取光纤中声波的传播速度和衰减等信息,进而推断出光纤沿线的温度、应力、振动等物理量变化。

BOTDR技术具有高灵敏度、高分辨率和高精度等特点,在长距离、复杂环境下的光纤传感应用中具有显著优势。

三、信号处理关键技术研究(一)信号采集与预处理BOTDR系统通过光电转换器将光纤中的光信号转换为电信号,然后进行滤波、放大和模数转换等预处理操作。

这一阶段的关键在于选择合适的滤波器和放大器,以消除噪声干扰,提高信号的信噪比。

此外,针对不同应用场景,还需对预处理后的信号进行归一化、去噪等操作,以进一步提高信号质量。

(二)信号传输与同步在BOTDR系统中,信号的传输与同步是保证测量精度的关键环节。

通过优化光纤传输线路、采用高速数据传输技术以及精确的时间同步技术,可以确保信号在传输过程中的稳定性和准确性。

此外,针对分布式光纤传感系统中的多通道数据传输问题,还需研究高效的信号同步与解调算法,以实现多通道数据的同步采集与处理。

(三)数据处理与分析数据处理与分析是BOTDR分布式光纤传感信号处理的核心环节。

通过对采集到的信号进行频谱分析、波形识别、参数估计等操作,可以提取出光纤沿线温度、应力、振动等物理量的变化信息。

此外,针对复杂环境下的多参数测量问题,还需研究多参数融合算法和模式识别技术,以提高测量的准确性和可靠性。

布里渊散射分布式光纤传感器综述

布里渊散射分布式光纤传感器综述

基于布里渊散射的分布式光纤传感器综述一引言光纤传感器具有无辐射干扰、抗电磁干扰性好、化学稳定性好等优点,受到越来越多的重视。

其中分布式光纤传感器(DOFS)不仅具有一般光纤传感器的优点,而且可以在沿光纤的路径上同时得到被测量场在时间和空间上的连续分布信息。

能做到对大型基础工程设施的每一个部位都象人的神经系统一样进行远程监控。

因此具有广范的应用前景,在民用和国防诸如城市煤气管道、城市输电/通信缆线、海底输油气管道、海底电缆、水库水坝、桥梁、隧道、高速公路、大型设施等建筑物的应力温度检测方面有独特的优势,因此受到越来越多的重视。

由于分布式光纤传感器具有其它传感技术无法比拟的优点,因此成为目前传感技术研究领域的热点之一。

目前对它的研究主要集中在以下三个方面:(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。

瑞利散射是入射光与介质中的微观粒子发生弹性碰撞所引起的,散射光的频率与入射光的频率相同.在利用后向瑞利散射的光纤传感技术中,一般采用光时域反射(OTDR)结构来实现被测量的空间定位,基于瑞利散射的研究已经趋于成熟, 并逐步走向实用化。

基于后向瑞利散射的传感技术是现代分布式光纤传感技术的基础,它在80年代初期得到了广泛的发展.然而由于该技术难以克服测量精度低、传感距离短的缺陷,目前在这方面的研究已鲜有报道.拉曼散射DOFS利用的是光纤中的自发拉曼散射光,信号微弱,较自发布里渊散射信号约低一个数量级,因此传感性能较低且难以实现几十公里以上的长距离传感;另外拉曼散射只对温度敏感,难以用于地质、建筑结构等的健康检测。

而光纤的布里渊散射对温度和应变都敏感,通过检测来自传感光纤的布里渊散射光的频移和强度,布里渊散射DOFS得到沿光纤分布的温度或应变信息;并且工作于1.55μm波长附近的布里渊散射DOFS,光信号受到的衰减和色散较小,从而使得布里渊散射DOFS适合于长距离(大于几十千米)分布式传感。

分布式光纤传感器的工作原理

分布式光纤传感器的工作原理分布式光纤传感器,这个名字听起来有点复杂,其实它的工作原理就像在给光纤“加个耳朵”,让它能够听到周围的声音。

想象一下,光纤就像是一根细长的水管,里面流淌着光。

这个光啊,就像是在传递信息的小精灵,跑得飞快,根本停不下来。

可是,这个光纤不仅仅是用来传光的,它还能用来感知周围的变化,比如温度、压力、甚至是震动。

说到这里,可能有人要问了,光纤是怎么“听到”这些变化的呢?光纤里面有一种特别的技术,叫做“拉曼散射”。

简单来说,就是光在经过光纤的时候,会和光纤材料发生互动,产生一些微小的变化。

就好比你在水中扔一颗石子,水面会产生波纹。

光纤也是一样,当环境发生变化,比如说温度升高,光在传播过程中就会受到影响,散射出不同的信号。

这些信号就像是光纤发出的“求救信号”,告诉我们周围发生了什么。

再来说说这个分布式光纤传感器的优点。

你知道吗?它的检测范围可大了去了,甚至可以覆盖几公里的长度。

想象一下,普通的传感器可能只能监测一个小区域,像是只盯着一块地,然而分布式光纤传感器就像是拥有千里眼,能够一眼看到全局。

这样一来,在一些大型的基础设施,比如铁路、桥梁和石油管道等地方,分布式光纤传感器就能发挥大作用了。

你想啊,要是有哪个地方出现了异常,立刻就能发出警报,避免大麻烦的发生。

分布式光纤传感器也很耐用,抗干扰能力强。

想象一下,像是一个勇士,不怕风吹雨打,坚韧不拔。

它可以在极端的温度、湿度甚至是强电磁干扰的环境下工作,真是让人刮目相看。

它的安装方式也非常灵活,可以直接嵌入到各种材料中,像是混凝土、钢材等。

就好比你把这位勇士藏在了墙里,平时谁也看不见,但一旦有问题,它立刻就会发声,提醒大家注意。

应用场景也是五花八门,真是无所不包。

比如在城市的交通监测中,分布式光纤传感器可以用来监测道路的拥堵情况,帮助城市规划者及时做出调整。

在环境监测方面,它能够监测水质、土壤温度等指标,为保护环境贡献一份力量。

甚至在医疗领域,分布式光纤传感器也有身影,帮助医生监测患者的生理数据,确保治疗的有效性。

《分布式光纤传感器》课件


03Leabharlann 交通用于监测高速公路、 铁路和桥梁的结构健 康,确保交通安全。
04
环保
用于监测土壤、水和 空气的质量,以及污 染源的定位。
分布式光纤传感器的优势与局限性
优势 同时测量沿光纤分布的温度和应变等物理量; 高精度、高灵敏度和高分辨率;
分布式光纤传感器的优势与局限性
测量距离长,可实现连续监测; 耐腐蚀、抗电磁干扰和本征安全。
分布式光纤传感器的成本和稳定性问题也需要得到解决,以便更好地推广和应用。
分布式光纤传感器与其他传感器的集成和协同工作需要进一步研究,以提高监测系 统的整体性能和稳定性。
对未来研究和应用的建议
鼓励产学研合作,加强分布式 光纤传感器技术的研发和应用 研究,推动技术进步和产业发
展。
加强国际合作与交流,借鉴 国外先进技术和发展经验, 提高我国分布式光纤传感器
技术的国际竞争力。
鼓励企业加大投入,推动分布 式光纤传感器技术的商业化应 用,拓展应用领域和市场空间

THANKS
感谢观看
开发新型分布式光纤传感器技术
新材料
探索新型的光纤材料和光学器件,以 提高分布式光纤传感器的性能和功能 。
新原理
研究新的分布式光纤传感原理和技术 ,以拓展其应用领域和解决现有技术 的局限性。
05
结论
Chapter
分布式光纤传感器的重要性和应用前景
分布式光纤传感器在长距离、大范围监测中具 有明显优势,可广泛应用于石油、天然气、电 力等行业的安全监测和预警系统。
预警系统
利用分布式光纤传感器监测建筑物周围的环境变化,如地震、风力和 温度等,及时发出预警,预防潜在的自然灾害和人为破坏。
04

布里渊分布式光纤传感技术的分类及发展

目前 测 量 领 域 的 众 多 难 题 。 提 出 到 现 在 , 布 式 从 分
光纤传 感有 很 大 的发展 , 在 3个 方 面取 得 突破 : 并
基 于瑞 利散 射 的分 布式 传感 技 术 :基 于拉 曼 散射 的分 布式传 感技 术 ;基 于 布里 渊 散射 的分 布式 传 感 技术 。其 中基 于瑞 利 散射 和拉 曼 散射 的研究 已
第 3 2卷 第 2 0期 2
2 1年 2 月 1 日 01 0

力 系



Vo -2 l3 No.20 2
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Te e o mun c i ns o El c r c lc m i at o f r e ti:Po r y t m we S s e
F b 1 2 1 e ・0, 0 1
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目前 ,基 于 布 里 渊 散 射 的 温 度 和 应 变 传 感 技
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《基于布里渊散射的分布式光纤双参量传感系统研究》范文

《基于布里渊散射的分布式光纤双参量传感系统研究》篇一一、引言随着科技的不断发展,光纤传感技术因其高灵敏度、抗电磁干扰、远程传输等优点在各个领域得到广泛应用。

而基于布里渊散射(Brillouin Scattering)的分布式光纤传感技术更是近年来研究的热点。

本文将针对基于布里渊散射的分布式光纤双参量传感系统进行研究,探讨其原理、应用及发展前景。

二、布里渊散射原理布里渊散射是一种光散射现象,当光在介质中传播时,会与介质中的声学声子相互作用,产生频率偏移的光子。

布里渊散射的特点是光子在传播过程中会发生散射并产生不同频率的散射光,这些散射光包含了介质中声波的信息。

因此,通过分析布里渊散射的光谱信息,可以获取介质中的声波特性。

三、分布式光纤双参量传感系统分布式光纤双参量传感系统利用布里渊散射原理,通过一根光纤实现对多个参量的同时测量。

该系统主要由激光器、光纤、光探测器等组成。

激光器发出的光经过光纤传输后,与光纤中的声波相互作用产生布里渊散射光。

通过分析这些散射光的特性,可以获取光纤中温度、应力等参量的信息。

同时,通过多模态解调技术,还可以实现对多个参量的同时测量。

四、系统工作原理及性能分析基于布里渊散射的分布式光纤双参量传感系统的工作原理如下:激光器发出的光经过调制后进入光纤,与光纤中的声波相互作用产生布里渊散射光。

这些散射光经过光探测器接收并转换为电信号,然后通过信号处理与分析,提取出温度、应力等参量的信息。

该系统的优点在于具有高灵敏度、高空间分辨率、抗电磁干扰等优点,且能够实现分布式测量。

五、应用领域及前景基于布里渊散射的分布式光纤双参量传感系统在众多领域具有广泛的应用前景。

在石油化工领域,可以用于油气管线的安全监测,实时检测管道的温度、压力等参量变化;在电力行业,可以用于电缆的故障诊断和预警,及时发现电缆的过热、断裂等问题;在交通运输领域,可以用于桥梁、隧道等基础设施的健康监测,预防因结构损伤导致的安全事故。

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代 表 了 未 来传 感 技术 的发 展方 向 因 此
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光 纤 分 布 式 传 感技 术 有 效 缩 短 从传 统 传 感 器 * 点 式光 纤 传 感 器* 准 分 布式 光 纤传 感 器、 分 布 式光 纤传 感 器 的 发 展 历 程

其测量范围
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基 于 布 里 渊 散射 的 多参 数 分布 式 光 纤传 感 技 术

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第 一作者 简 介
瞿 荣辉 ( 叶 青 (
19 7 2 ) 19 7 7 )


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本 文 正 是 基 于 布 里 渊 散射 的 特 点
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研 究 了 一 套应 用 于 物 联 网
应用 于 物联 网 的分布式 光纤布 里 渊传 感 系 统 【 特 邀报 告 】
瞿 荣辉
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甘 久林
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郝蕴棋
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潘政清
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蔡 海文
,
(中 科院 上 海 光学 精密 机 械研 究所 空间激 光 信 息技术研 究 中 心
上海
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20 1 800 )
: 摘 要 光 纤传 感 技 术 一 直处 于 传 感器 技 术 发 展 的前 沿 物 联 网 对 于 传 感技 术 的 需求 无 论 从应 用规 模 传 感 功 能 检 测 距 离及 传 感 精 度等 诸 多 方 面 都 比 现有传 感应 用 系统有 着 本质 的提 高和 跨 越
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用 于 光 纤 链 路 损 耗 测 量 和 故 障定 位
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基 于 拉曼 散 射 的分 布 式 光纤 温 度传 感 技 术
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它 是 目 前最 为 成 熟
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同时 受拉 曼 散 射信 号 强度 的制 约
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频 与 调 谐 技术 布 里 渊 激 光光 学 宽 带移 频 技 术 布里 渊 散 射信 号 的 光场 矢 量 数 字相 干 检 测 技 术和 数 据 的 高 速采 集 和 实 时 处 理 技 术 目前 该 系 统 己 实 现 传 感 的 距 离 大 于 2 0 k m 空 间有效分辨 率为 温 度 的分 别 率为士 2 ℃ 应 变 的 分 辨 率 小于 士 4 0娜 : ; ; 关键 词 分布 式 光 纤传 感 布 里 渊 散射 物 联 网

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有 利 于 实现 我 国 物 联 网 的 高起 点 建 设 和 跨 越 式发 展

在 新 一 轮信 息技 术 竞 争
,
中取 得 有 利 地 位 分布 式 光 纤 传感 技 术 利 用 光 纤 中 的 光 散 射 效应 来 实现 被 测 信 息 的传 感 有 以下 三 种 技 术
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目前 主 要
,
基 于 瑞利 散 射 的分布 式光 纤传 感 技 术
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寻 求 能 够 长距 离
高 精度 连 续 分 布式 多参 数 传 感 的新 型 光 纤传 感 机理 以及 发展 新 一 代 分 布 式光 己 纤 传 感 网 络 成 为信 息 获取 技 术 的重 大课 题 尤其 是在 物 联 网 技 术 领域 新 一 代 分 布 式光 纤 传 感 技

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