分布式光纤传感器PPT课件

.1，分布式光纤传感器，2，分布式光纤传感器，分布式传感器可以准确测量沿光纤的任何点上的应力、温度、振动等信息。光纤环境安全系统主要基于分布式光纤振动传感器。通过将光纤固定在需要检测的围栏上，并在外部入侵的情况下，随着光纤的检测信号被入侵信号的调制而改变，分析此变化，确保入侵的特定位置，实现分布式入侵检测。分布式检测主要是包括时域和频域分析的后向散射类检测。本报告主要介绍时域散射类检测。3，光纤的散射信号，光纤的散射信号主要由折射率波动引起的瑞利散射三类组成。光学声子对拉曼散射；布里渊散射是由声波声子引起的。其散射光谱如下：图1散射光谱，4，OTDR技术，散射光纤传感主要使用OTDR技术进行。该技术通过向光纤注入光脉冲，从光纤接收后散射光来检测。外部事件影响后散射光的幅度、相位、波长(频率)和偏振状态，利用接收信号和返回信号的时间差导出事件点和OTDR的距离。其中c:真空光通量；n:折射率；:延迟。5，OTDR技术的空间分辨率与基于OTDR技术的传感器具有相似的空间分辨率，其表示如下：c:真空光通量；n:折射率；t:脉冲宽度。图2空间分辨率图，6，瑞利散射分布式检测，瑞利散射为基础的检测技术主要类型如下：一般OTDR；相位敏感OTDR(-OTDR)；相干OTDR(cotdr)；极化OTDR(POTDR)。7，常规OTDR用于光纤测试，常规OTDR通常用于检测光纤中的焊接点、连接器的丢失和位置，技术非常成熟，使用瑞利散射光。图3OTDR可用于光纤测试.8，相位敏感的OTDR(-OTDR)，将普通OTDR的光源转换为窄线宽激光器，以分布外部扰动。这是-OTDR，它继续利用瑞利散射，但由于光一致性的提高，散射光在外部干涉后发生了巨大变化，通过检测振幅的失真点，可以进行色散测量。9，-OTDR扰动位置，-OTDR灵敏度高，可以进行多点扰动定位，但由于激光线宽要求(kHz)高，因此成本较高。图4-OTDR扰动位置，10，COTDR干涉检测扰动位置，通过一致的检测技术可以显着提高-OTDR的信噪比，通过一致的技术实现-OTDR解调的方法称为COTDR，系统构建图如下：图5相干检测OTDR，11，COTDR实例，英国OptaSense的分布式光纤声音传感器(DAS)。interroguator unit、sendmonditionedpulseoflightintthefibretocreatevirtualmicrophones、processing unit和用户界面，Presentstherealtimeventdatatotheoperatornaclearanintuitiemanner whatereclassifiedalertsareshownmapdisplaywithslocationcoorder、12，POTDR扰动位置，POTDR是利用反向散射光的偏振信息实现位置检测的两个基本结构，图6P-OTDR的两个基本结构，13，基于POTDR的数据处理(1)，基于POTDR的分布式检测有两种数据处理方法，一种处理算法简单，但只能定位第一个扰动，另一种方法允许多点定位，但硬件要求高，数据处理比较复杂。方法1(简单的数据处理，单点位置)。连续收集多个后向散射曲线，将差分为信号本身，调整差信号，使调整后的差信号均匀分布在整个检测范围内。如果X(i)是第I数据，则调整后的增量信号是x(i n)-x(i)/x(i)，如图7所示。n取决于实际值。图7POTDR数据处理，14，POTDR的数据处理(2)，方法2(数据处理复杂，多点定位)。基于POTDR多点位置振动传感器获得的数据的频谱分析，相应的系统结构如图所示。图8P-OTDR测试方块图，15，POTDR的数据处理(3)，假设每0.1毫秒收集和存储数据，每秒得到10k个数据，因此得到关于固定位置上Z1的时间的曲线，在这里发生扰动的情况下，Z1的数据从固定常数变为左右。图9POTDR数据频谱分析，16，POTDR的数据处理(4)，图7所示，由于第一入侵信号之后的所有干扰被第一干扰消灭，因此，对于多点入侵信号，一般的数据减法方法不再适用。使用频谱分析方法，在第一扰动之前没有扰动事件的频谱分量，在第一扰动后的第二扰动之前，数据中出现第一扰动的频谱分量，在第二扰动后的数据中出现第一和第二事件的频谱分量，在第三扰动事件中类似.这是通过POTDR进行多点入侵的基本原理。17，拉曼散射分布式传感器(ROTDR)，以上介绍的几种分布式传感器，即使数据处理方法不同，也利用瑞利散射光来检测瑞利散射光信号由外部调制引起的变化，从而实现分布式检测。基于拉曼散射的分布式传感器主要用于大范围远距离温度检测。在自发拉曼散射中，利用拉曼中斯托克斯部分与反斯托克斯部分强度比的关系进行检测。18，ROTDR传感原理，在拉曼散射光中，斯托克斯光的强度和温度哑光，而反斯托克斯光的强度随温度变化。反斯托克斯光强Ias与斯托克斯光强Is的比率和温度的关系可以表明a是与温度相关的系数。温度为h:普朗克常数c:真空光通量v0:入射光频率k:玻尔兹曼常数T:绝对温度。19，利用ROTDR温度传感器结构、实际滤波器对拉曼股票和半斯托克斯部分进行过滤，然后处理结果数据进行计算。基本结构如下：图10ROTDR温度检测结构，20、布里渊散射分布式传感器(BOTDR)、布里渊散射的频率移动分量是由声波移动光栅引起的，光栅在光纤中传播到声速，声速与光纤温度和应力相关，两个布里渊频率移动分量都携带光纤的本地温度和应力信息。散射光的布里渊频率随温度和应力的变化，见图1的散射图。散射光谱，21，单击以输入BOTDR应变测量原理图、布里渊频率移动和温度和变形的线性关系。图11布里渊频率移动和温度、应力的线性关系、图12BOTDR变形测量结构、22、BOTDR结构、布里渊光时域反射技术采用自发布布里渊散射，结构类似图4。布里渊信号比瑞利信号小约2倍，检测更困难，因此使用混合部分局部光和散射光的一致接收器测量后方散射。图13BOTDR结构图，23，BOTDR周边入侵警