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分布式光纤应变传感技术及应用


  来源: 中电仪器-中电科40、41所 时间:2016-05-06 作者:袁明 闫宝东 闫继送
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图1 COTDR传感系统图

2009年,Y. Koyamada与Mutsumi Imahama搭建的COTDR传感系统可以在8km长的光纤上实现89με/0.1℃的应变/温度分辨率以及1m的空间分辨率。2010年,Ryosuke Shimano与Yuta Iitsuka等人利用双向EDFA搭建的COTDR系统在31km长的光纤上实现了2m的空间分辨率以及178με/0.2℃的应变/温度分辨率。

目前,COTDR虽然应变/温度灵敏度极高,89με/0.1℃对应135MHz的频移,但是若要测量100℃的变化范围,则需要135GHz的频移测试范围,技术难度太高,精度与应变/温度测试范围难以兼顾。面对技术复杂、温度应变测试范围小、应变分辨率较低等原因,目前尚未发现有正式产品与工程应用出现。但由于COTDR极高的温度分辨率,随着COTDR技术的不断发展,其温度应变范围、空间分辨率、测试距离的不断提高,相信COTDR也会出现在市场上并占据一席之地。

2、POTDR技术

入射光与介质中的微观粒子发生弹性碰撞时将引起瑞利散射,且其散射光具有频率以及在散射点的偏振方向均与入射光相同的特点,因此散射光包含了光纤散射点的偏振信息。基于这个物理规律,1980年,Rogers提出了偏振光时域反射技术(POTDR)的思想,其应变传感系统如图2所示。

图2 POTDR应变传感系统

自POTDR技术提出后的30年以来,许多研究人员根据研究的需要提出了各种POTDR测量方案,国内的电子科技大学与北京交通大学等单位也在进行POTDR的相关研究。由于磁场、电场、压力、振动、加速度和温度等物理量都能对在光纤中传播的光的偏振态进行调制,很难从测量结果中准确地分离出是那种调制效应导致的偏振态变化;同时POTDR系统的偏振态对外界环境非常敏感,很难保持传输光纤中偏振态稳定性等原因,对POTDR应用的实施和推广还存在着很多技术难点,目前尚未见到有实际产品与工程应用的报道。

3、 BOFDA技术

BOFDA是由德国Garus等人基于OFDR技术提出来的,BOFDA通过两个激光器的频率差和探测光的幅度调制频率来确定温度和应变的大小,通过分析光纤布里渊散射光响应函数的频谱得到应变和温度变化的空间位置,其基本结构如图3所示。该方案采用网络分析仪接收探测器输出信号,再进行反傅里叶变换得到系统脉冲响应函数。

图3 BOFDA基本结构

关键词:仪器仪表 分布式光纤传感 OFDR BOTDA BOTDR    浏览量:1923

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