分布式光纤传感器 分类
分布式光纤传感系统介绍
分布式光纤传感系统的关键技术’2
•
光纤传感技术及传感器封装技术
通过光纤传感光路的设计，实现光信号的稳定性 和信号解调的可靠性，并设计合理的封装结构保 证光纤传感不受环境变化的影响，提高传感系统 的可靠性，要解决以下问题：
―
选择合理搭配的光学器件，降低光学损耗和色散。
―
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设计合理的光路结构，实现合理的光学解调方案，并 保证光学系统工作的可靠性。
• 分组计划
按工作任务分成四个小组 – 激光光源驱动电路设计组：光源设计 – 光纤传感链路及传感器封装设计组：光路设计 – 光电转换与信号采集电路设计组，含A/D转换 与数据存储：信号采集 – 数字信号处理与信号解调组：信号处理 – 系统主机结构设计：信号采集组负责
分布式光纤传感系统的研究计划’2
• 任务计划（光源设计组与信号采集组）
– 完成设计指标分析 – 完成电路设计原理分析与成本核算 – 完成电路原理图设计与分析 – 完成电路PCB和系统机械结构的设计与分析 – 完成PCBA和系统机械件的加工 – 完成PCBA的调试 – 参与系统调试与系统优化
分布式光纤传感系统的研究计划’3
• 任务计划’2（光路设计组）
分布式光纤传感系统的关键技术’5
― A/D转换的精度； ― A/D转换的参考电源的稳定性； ― 采集数据的存储与传输速率。
1、每完成一次完整的测试，要对5千个点做2 个（stokes和 anti-stokes）采样，每个点要采样20万次，因此，一次测试 完成后的数据量为： N＝2 ×5 ×103 ×2 × 105=2G(字节）＝16G（比特） 2、数据传输要求在20s的时间内完成数据传输和处理，则 要求的数据传输 为： V=N/20=16G/20=800 (Mbps)
分布式光纤传感技术在管道在线预警系统监测的应用ppt
应用工程案例
珠海供水工程 济南供水工程 北京新机场供水管道监测工程 沧州引大复线管网监测工程 淮河输水管道监测工程
已取得专利（46项）
用于拉曼散射原理的分布式光纤温度传感器的中继放大模块 背向散射式激光多普勒输水管道流速检测传感器 基于拉曼散射水质颗粒物PPM在线监测系统 用于布里渊散射原理的分布式光纤温度传感器的中继放大模块 水锤振动波线性加速度传感器阵列相频特性分析的管道
Stokes 波长
BOTDA系统结构
探测 激光器
入射光
单模光纤
受激布里渊 散射信号
探测器
布里渊散射光由泵浦光和声子的相互作用而受激产生
入射光频率ν 布里渊频率 ν±11GHz
泵浦 激光器
散射光功率
拉曼
瑞利
拉曼 频率
BOTDA散射谱
当光纤受到拉压或温度作用时，该点的布里渊散射谱会发生 漂移。
从频谱上看，布里渊频移改变量与应变及温度成正比。
泄露定位系统 基于马赫曾德干涉原理的光纤环泄露监测传感器 基于光纤正交敏感结构的管道二维振动监测传感器 光纤防爆液位传感器 混沌声纹分析技术的输水钢管道泄露监测传感器
主要功能及技术指标
该系统能够实现采用分布式光纤传感器技术将光纤敷设在地 下管道旁边，或者与地下管网集成在一起，利用分布式光时域 散射技术，探测泄漏点的振动和声纹信息，判断泄漏点和管道 爆裂位置； 该系统能够采集管道附近运行参数，对管网运行过程温度和 振动自动测量功能，且可通过数据总线和无线射频方式将数据 传输到网络； 后台服务器实现数据采集和分析，云数据中心服务器对大数 据分析和预警，全国各地工程数据存储时间大于5年，提供专 用的数据采集板卡和上位机分析软件、硬件平台； 提供计算机、运行分析软件、数据通信或存储转移模块一台 （套），软件系统根据用户需求分析数据； 数据采集系统具有存储数据和转移分析功能，能够实时采集 运行数据并进行存储，存储方式采用SD卡或大容量存储硬盘。
全分布式光纤应力传感器的研究新进展_孙琪真
布里渊频移 ,频移量与应力大小成正比 。自发布里 渊散射相对较弱 ,频移量小 (石英光纤对于波长为 1. 3μm 光的应变系数为 5. 8 M Hz/ 10 - 4 ) ,因此测量 谱线移动较为困难 。1993 年 T. Kurashima 等人首 先利用双光源的相干检测方法实现了自发布里渊信 号的检测和分布式应变测量 ,随后又通过引入一个 光频移环路实现了单光源的相干自外差检测 ,克服 了对两光源相干性的要求 。 2. 1. 4 基于相位敏感的光时域反射型 ( Ф2O TDR) 应力传感器[6 ]
利用逆向传输的泵浦光和探测光之间的非线性 效应也可以实现分布式应力传感 。这类传感器动态 范围大 ,测量精度高 ,但需要双端测量 ,系统较复杂 , 同时受到温度的影响 。 2. 2. 1 基于受激拉曼效应的应力传感器
强泵浦脉冲注入单模光纤 ,在斯托克斯波长下 , 与光纤另一端注入的连续探测光相互作用产生非线
Key words : dist ributed optical fiber sensing ; st ress ; spatial resolutio n ; dynamic mea s u re me nt
1 引言
分布式光纤传感测量是利用光纤的一维空间连 续特性进行测量的技术 。光纤既作传感元件 ,又作 传输元件 ,可以在整个光纤长度上对沿光纤分布的 环境参数进行连续测量 ,同时获得被测量的空间分 布状态和随时间变化的信息 。分布式光纤传感器从 20 世纪 70 年代末期发展至今 ,主要分为准分布式 光纤 传 感 器 ( QDOFS) 和 全 分 布 式 光 纤 传 感 器 (DO FS) 。全分布式为连续测量法 ,整个光纤长度 上的任一点都是敏感点 ,属于“海量”测量 ,理论上传 感距离任意长 ,空间分辨率任意小 ,检测没有盲区 ,
分布式光纤传感技术在管道泄漏检测中的应用
分布式光纤传感技术在管道泄漏检测中的应用作者：王冠中来源：《科学与财富》2015年第23期摘要：管道运输已经成为继铁路、公路、水路、航空运输以后的第五大运输工具，它是石油和天然气最经济的长距离输送方式。
随着长时间的运行磨损、设备的老化、地理和气候环境的变化以及人为损坏等原因，故障经常发生，甚至会造成火灾、爆炸、中毒、等恶性事故。
管道的泄漏不仅给生产、运营单位造成巨大的经济损失，而且会对环境造成破坏，严重影响沿线居民的身体健康和生命安全。
因此，建立管道监测系统有着重要的意义。
本文以分布式光纤传感的工作原理，探讨了分布式光纤传感技术在管道泄漏检测中的应用。
关键词：分布式光纤传感技术；管道泄漏检测；应用管道系统广泛应用于冶金、石油、天然气供应等工业部门中，工业管道的工作条件非常恶劣，容易发生腐蚀、疲劳破坏或使管道内部的潜在缺陷扩展为破损而引起泄漏事故。
因此，对管道进行监测和诊断成为无损检测技术应用中的重要方面。
一、分布式光纤传感系统工作原理1.分布式光纤传感系统主要由光纤光栅传感器阵列、光纤光栅传感网络分析仪、数据处理中心3部分组成。
整个准分布式传感系统中关键技术就是传感器的工程化技术、光纤光栅传感网络分析仪的解调技术和光纤传感头的制备封装工艺及技术。
把多个不同周期的光纤光栅温度传感器按一定规则排成阵列，构成准分布式温度传感系统。
从光源发出连续的宽带光，经光缆传输到光纤光栅温度传感器。
光纤光栅对该宽带光有选择地发射回相应的一个窄带光，经同一传输光缆返回到光探测器，通过后续接收系统测定各传感器所返回的不同窄带光的中心波长，利用光纤光栅网络分析仪解析出各被测量的数值。
由于多个传感器所返回的窄带光信号中心波长范围不同，所以可将这些传感器串接组网实现多点同时测量，大大简化了传感器及引出线的布设，避免了以往逐点测量的不便。
二、分布式光纤传感技术在管道泄漏检测中的应用1.分布式光纤温度传感系统的性能及应用（1）分布式光纤温度传感器是一种用于实时测量空间温场分布的高新技术。
感温光纤
测量范围
光纤上每个光栅只能做到几个毫米，因 此只能测量很小范围内的温度。
光纤上每个点都能测量温度，测量范围宽。
扩展性
一条光纤上刻的光栅固定，如果需要增 加测量点要将整条光纤更换，不易扩展。
一台分布式光纤测温主机可以接多根光纤， 需要扩展时可需将新的光纤接到光开关上， 软件上作设置即可。
使用及维护
每通道需要安装12~18个光栅光纤测温 计，安装繁琐，可靠性降低，维护困难
分布式光纤测温系统
测量点数
光纤光栅温度传感器属于准分布式组网， 一条光缆上刻几十到上百个光栅，每个 光纤光栅作为一个探测点。只有刻光栅 的位置才能测量温度，其它位置不能测 量。
属于分布式测量，一条光缆上的任何部位都 是温度传感器。采样间隔由软件和硬件决定， 一条光缆上可以测量几千上万个数据点。光 缆上任何一点都可以测量温度
一、系统组成 1、感温光纤
感温光缆内芯采用62.5/125µm多模光纤，内心外包有 Kevlar套管，套管外采用铠装保护（不锈钢软管和不锈钢编制丝）， 外套采用阻燃的低卤PVC材料，如图所示。整个感温光缆结构保证了 感温光缆具有较快的温度响应速度、较强的抗拉、抗压能力和耐高温、 阻燃能力。感温光缆通常安装在电力电缆表面，沿电缆铺设。采用扎 带固定在电缆上，如需增大探测面积可沿电力电缆方向S型铺设。
光源要求
对光源要求很严格，由反射波的中心波 长来计算温度值，要求激光器的工作波 长稳定，不受外界环境的影响。
由拉曼散射光的光强来计算温度值，对激光 器的波长和功率要求均不高。
解调设备
需要精确测量反射波的中心波长来计算 温度，解调设备复杂，昂贵。
测量拉曼散射光的光强来计算温度，解调设 备只需要是常用的光电转换器件，如雪崩光 电二极管。
基恩士光纤传感器,分类和用途
基恩士光纤传感器，分类和用途基恩士光纤传感器是什么，有哪些分类和用途？所谓光纤自身的基恩士光纤传感器，就是光纤自身直接接受外界的测量。
外部测量的物理量会导致测量臂的长度、折射率和直径发生更改，从而使光纤中传输的光在振幅、相位、频率和偏振方面发生更改。
测量臂传输的光与参考臂的参考光相互干扰（比较），使输出光的相位（或振幅）发生更改。
依据这一更改，可以检测到测量的更改。
光纤中传输的相位受外界影响的灵敏度特别高。
干扰技术可以检测到10负4次方弧度微小相位更改对应的物理量。
利用光纤的绕组和低损耗，长光纤可以盘成直径很小的光纤圈，从而加添利用长度，获得更高的灵敏度。
基恩士光纤传感器是一种利用光纤自身的传感器。
当光纤受到一点小的外力时，它会产生细小的弯曲，其传光本领悟发生很大的更改。
声音是一种机械波，它对光纤的作用是使光纤受力和弯曲，通过弯曲可以得到声音的强度。
光纤陀螺也是光纤自身的一种传感器。
与激光陀螺相比，光纤陀螺具有灵敏度高、体积小、本钱低等优点，可用于飞机、船舶等高性能惯性导航系统。
另一种紧要类型的光纤传感器是使用光纤的传感器。
其结构约莫如下：传感器位于光纤端部，光纤只是光的传输线，将测量的物理量转换为光的振幅、相位或振幅的更改。
在这个传感器系统中，传统的传感器与光纤相结合。
光纤的引入为探针遥测供应了可能性。
这种光纤传感器应用广泛，使用方便，但精度略低于第一种传感器。
基恩士光纤传感器正朝着敏感、准确、适应性强、体积小、智能化的方向发展。
在这个过程中，传感器家族的新成员光纤传感器备受青睐。
光纤具有很多优异的性能，如：抗电磁干扰和原子辐射性能、机械性能细、质软、重量轻、绝缘、无感应电气性能、耐水、耐高温、耐腐蚀化学性能等，可在人无法到达的地方（如高温区）或对人有害的地区（如核辐射区）发挥耳目的作用，也可以超出人的感官界限，接收人的感官无法感受到的外部信息。
光纤传感器是近年来显现的一项新技术，可用于测量声场、电场、压力、温度、角速度、加速度等各种物理量，也可以完成现有测量技术难以完成的测量任务。
光纤传感器方案 分类
功能型传感器 功能型传感器是利用光纤本身的特性把光纤作为敏感元件, 被测 量对光纤内传输的光进行调制, 使传输的光的强度、相位、频率 或偏振态等特性发生变化, 再通过对被调制过的信号进行解调, 从而得出被测信号。
光纤在其中不仅是导光媒质，而且也是敏感元件，光在光纤内受
被测量调制，多采用多模光纤。
光纤传感器方案 分类
85 开 发，帮 我 开 发
光纤传感器分类：
根据光受被测对象的调制形式可以分为：强度调制型、偏振态制
型、相位制型、频率制型； 根据光是否发生干涉可分为：干涉型和非干涉型；
根据是否能够随距离的增加连续地监测被测量可分为：分布式和点
分式；
根据光纤在传感器中的作用可以分为：一类是功能型（Functional Fiber,缩写为FF)传感器，又称为传感型传感器； 另一类是非功能型 （Non Functional Fiber缩写为NFF)，又称为传光型传感器。
优点：结构紧凑、灵敏度高。 缺点：须用特殊光纤，成本高，
典型例子：光纤陀螺、光纤水听器等 光纤电压/电流传感器 非功能型光纤传感器 非功能型光纤传感器是利用其它敏感元件感受被测量的变化, 光纤 仅作为信息的传输介质，常采用单模光纤。
光纤在其中仅起导光作用，光照在光纤型敏感元件上受被测量调制。
光纤中传输的相位受外界影响的灵敏度很高，利用干涉技术能
够检测出10的负4次方弧度的微小相位变化所对应的物理量。
利用光纤的绕性和低损耗，能够将很长的光纤盘成直径很小的 光纤圈，以增加利用长度，获得更高的灵敏度。
优点：光纤即可用于电气隔离，有用于数据传输，且光纤传输的信
号不受电磁干扰的影响。
光纤传感器
光纤传感器传感器在朝着灵敏、精确、适应性强、小巧和智能化的方向发展。
在这一过程中，光纤传感器这个传感器家族的新成员倍受青睐。
光纤具有很多优异的性能，例如：具有抗电磁和原子辐射干扰的性能，径细、质软、重量轻的机械性能；绝缘、无感应的电气性能；耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能等，它能够在人达不到的地方（如高温区），或者对人有害的地区（如核辐射区），起到人的耳目的作用，而且还能超越人的生理界限，接收人的感官所感受不到的外界信息。
光纤传感器的基本工作原理是将来自光源的光经过光纤送入调制器，使待测参数与进入调制区的光相互作用后，导致光的光学性质（如光的强度、波长、频率、相位、偏振态等）发生变化，成为被调制的信号光，在经过光纤送入光探测器，经解调后，获得被测参数。
1.光纤的结构2.光纤的传光原理3.光纤传感器工作原理（1）功能型——利用光纤本身的某种敏感特性或功能制成（2）传光型——光纤仅仅起传输光的作用，它在光纤端面或中间加装其它敏感元件感受被测量的变化。
光纤传感器的测量原理有两种：（1）物性型光纤传感器原理，物性型光纤传感器是利用光纤对环境变化的敏感性，将输入物理量变换为调制的光信号。
其工作原理基于光纤的光调制效应，即光纤在外界环境因素，如温度、压力、电场、磁场等等改变时，其传光特性，如相位与光强，会发生变化的现象。
因此，如果能测出通过光纤的光相位、光强变化，就可以知道被测物理量的变化。
这类传感器又被称为敏感元件型或功能型光纤传感器。
激光器的点光源光束扩散为平行波，经分光器分为两路，一为基准光路，另一为测量光路。
外界参数(温度、压力、振动等)引起光纤长度的变化和相位的光相位变化，从而产生不同数量的干涉条纹，对它的模向移动进行计数，就可测量温度或压等。
（2）结构型光纤传感器原理，结构型光纤传感器是由光检测元件(敏感元件)与光纤传输回路及测量电路所组成的测量系统。
其中光纤仅作为光的传播媒质，所以又称为传光型或非功能型光纤传感器。
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分布式光纤传感器
1. 简介
分布式光纤传感器（Distributed Fiber Optic Sensor，简称DFOS）是一种利用
光纤作为传感器的传感技术。
光纤传感器将光纤作为传感元件，通过测量光纤中的光信号的改变，实现对物理量的测量和监测。
相比传统传感器，分布式光纤传感器具有全光电传输、大范围、高灵敏度、抗电磁干扰等优点，被广泛应用于工业、军事、交通、环境监测等领域。
2. 工作原理
分布式光纤传感器的工作原理基于光纤中的光信号的改变。
一般来说，光纤传感器可以通过两种方式实现对物理量的测量：基于光纤的干涉原理和基于光纤的散射原理。
2.1 基于光纤的干涉原理
基于光纤的干涉原理是利用光纤中的光信号的干涉现象来测量物理量。
光纤传感器一般采用光纤的两个光束进行干涉，通过测量干涉光信号的强度或相位变化，来获得物理量的信息。
2.2 基于光纤的散射原理
基于光纤的散射原理是利用光纤中的光信号的散射现象来测量物理量。
光纤传感器通过测量散射光信号的强度、频谱或时间延迟等参数的变化，来获得物理量的信息。
3. 分类
根据传感原理、传感方式和应用领域的不同，分布式光纤传感器可以分为多个分类。
下面将介绍几种常见的分类方式。
3.1 基于传感原理的分类
根据传感原理的不同，可以将分布式光纤传感器分为基于干涉原理和基于散射原理的两类。
3.1.1 基于干涉原理的分布式光纤传感器
基于干涉原理的分布式光纤传感器主要包括光纤干涉仪、光纤布拉格光栅传感器等。
这类传感器通过测量光纤中的干涉光信号的强度或相位变化，实现对物理量的测量。
3.1.2 基于散射原理的分布式光纤传感器
基于散射原理的分布式光纤传感器主要包括光纤布里渊散射传感器、光纤拉曼散射传感器等。
这类传感器通过测量光纤中的散射光信号的强度、频谱或时间延迟等参数的变化，实现对物理量的测量。
3.2 基于传感方式的分类
根据传感方式的不同，可以将分布式光纤传感器分为连续式和离散式两类。
3.2.1 连续式分布式光纤传感器
连续式分布式光纤传感器是指将光纤作为连续的传感元件，沿着被测量对象的长度方向进行布置，实现对整个长度范围内物理量的测量。
3.2.2 离散式分布式光纤传感器
离散式分布式光纤传感器是指将光纤分成若干个离散的传感单元，分布在被测量对象的不同位置，实现对多个位置上物理量的测量。
3.3 基于应用领域的分类
根据应用领域的不同，可以将分布式光纤传感器分为工业领域、军事领域、交通领域、环境监测领域等多个子领域。
4. 应用领域
分布式光纤传感器在各个领域都有广泛的应用。
下面将介绍几个典型的应用领域。
4.1 工业领域
在工业领域，分布式光纤传感器可以用于实时监测和测量生产过程中的温度、压力、应变等物理量，以保证生产过程的稳定性和安全性。
4.2 军事领域
在军事领域，分布式光纤传感器可以用于监测和控制军事设施的安全性，例如监测地下设施的变形、监测导弹发射管道的压力等。
4.3 交通领域
在交通领域，分布式光纤传感器可以用于交通安全监测和智能交通系统。
例如，可以通过监测道路的温度和湿度来预测道路结冰的可能性，以提前采取交通管制措施。
4.4 环境监测领域
在环境监测领域，分布式光纤传感器可以用于监测大气污染、水质污染等环境参数，以及地震、地下水位等自然灾害的预警。
5. 发展趋势
随着科技的不断发展，分布式光纤传感器在精度、灵敏度和可靠性方面都有了大幅度的提升。
未来，分布式光纤传感器将进一步发展，具有以下几个趋势：
•精度提升：通过改进传感器的设计和算法，提高测量精度，满足更高要求的应用场景。
•多参数测量：集成多个传感单元，实现对多个物理量的同时测量，提高传感器的综合性能。
•网络化应用：将分布式光纤传感器与互联网、物联网等技术相结合，实现传感器的远程监测和控制。
•自适应传感：通过自适应算法和机器学习技术，实现传感器对环境变化的自动适应，提高传感器的稳定性和可靠性。
6. 总结
分布式光纤传感器是一种基于光纤的传感技术，通过测量光纤中的光信号的改变，实现对物理量的测量和监测。
它具有全光电传输、大范围、高灵敏度、抗电磁干扰等优点，被广泛应用于工业、军事、交通、环境监测等领域。
随着科技的不断发展，分布式光纤传感器将进一步提高精度、实现多参数测量、网络化应用和自适应传感，为各个领域的监测和控制提供更好的解决方案。