9distributedfibersensor分布式光纤传感器.

1、分布式光纤传感技术分布式光纤传感技术A 利用光波在光纤中的传输特性，可以沿光纤长度方向连续 的传感被测量（如温度、压力、振动等）。光纤即是传感介质，又是被测童的传输介质。优点:1、 可再很大的空间范围内连续的进行传感。2、 传感和传光为同一根光纤，传感部分纟古构简单使用方便。3、 与点式传感器相比，单位长度内信息获取成本降低，性价比高。Fig. I Distributed fiber sensors are well suited to monitor long ID stnicture like a road er a pipe, but also can be installed to s

2、urvey a large 2D area like n surface or a slope,Laacr sourcent*cror even an enrire 3D smicfure like n rank or a building.分布式光纤传感器的基本原理菜统特征参量A 空间分辨率传感距离光纤中的散射主要包括折射率不均匀引起的瑞利散射、光频 声子引起的拉曼散射和声频声子引起的布里渊散射。v0- 13THzvo-10GHzvovc+HGHz被测量分辨率传感时间分类线性过程非线性过程光纤中的光散射v0+13THz光时域反射技术基于瑞利散射的分布式光纤传感技术（OTDR）单脉冲光纤损耗测

3、量基本原理 .Sensing fiberP:瑞利散射光功率T：脉冲宽度S=O.25NA/zNA:光纤数值孔径 舁：光纤折射率 5：瑞利散射因子v/群速度：光纤损耗Z：被测位置P(z) = |毗s%(z九exp (- 2%)EOMI*；deni 5P.rvaticr peraiito peptP.r3bcr A pond3 qpapefiW制电压OTDR系统示意图怎位原理Piwer|】=10sin：withIncidentbeam空间分辨率与脉冲宽度有关与探测器带宽有关C12n 2AfAx = maxAx/W,测时间光信号在光纤中的传输时间2nL信号处理时间功率长脉冲L *灿休冲JT 传感距离v

4、空间分辨率型a Example：3 bitSimplex Coding &Decoding被测点传感光纤OTDR tiacvs w ith singlv pulses和JL(rriR traces with vodrei pulses1011n n|峪(1如：1 I 1 * *)冈卜ST弘仃）=0-111仏)J1-川仏K WF)jJ肿你”严刃怦,ojjn_Single piihvs combinedto h matrixS-Matrixzirv linear comhiiuitionof single pulse tracesNW)一曲)+敢) 仏呼十妁+M) ； )W(Q + S+勺

5、)Dr-coding :u-hicvcd by linear piiiccssing of coded tracesSNR Enhancement二=2VL距离刖片酬：）+即+2叭叶、屮noise reductionso One-way decoded OTDR trace釆用相干探测技术的OTDR (COTDR)特点:1、 降低EDFA引入的ASE噪声2、 采用窄线宽激光器，可使探测波长远离通信信道3、 探测器动态范围大实验结果比较(ap)One-way conventional OTDR traceso5040201040D stance (km)One-way OTDR trace (1

6、 codeword)wE.g1Intra scattering cell Inter scattering cells SMF * / /相干瑞利噪声(CRN)Down stream lineC-OTDRCOTDR测賢过程线宽为的光源相干长度n.B二WMOdWlil偏振OTDR ( POTDR ) POTDR测量的是脉冲光在光纤沿线产生的瑞利散 射光的偏振态沿光纤长度上的变化。光纤中的双折射双折射通常定义为单 模光纤中两个相互正交的偏振基模沿光纤轴向传播常数差邙=0厂卩、=2欢-心1九光纤中产生双折射的原因：残余应力、线芯不均匀，弯曲，扭曲，外加电场，磁场等POTDR传感原理脉冲激光器起偏器耦

7、合器信号处理-信号采集 探测器一检偏器山于光纤的双折射易受多种因素的影响，且对影响十分敬感。光纤中光 波的偏振态在外界影响下会缓慢变化。通常POTDR系统在对光纤外部 扰动枣件进行测量时，多采取短时间内反复测覺并进行对比的方式来对 外界影响进行检验。:电P-OTDRCurve xl1.01.00.8J0.40005001500Distancc(m)2000-1.0POTDR逐点频谱分析法Step itSiepiStep ittStep iv0.8500100015002000Distancc(m)50010001500n；u2rw*E、20000.5200fl4m SMII PobfLtXH*

8、I11 C vmiolkr |1Lo cation(m) gzLocation (in.Time Traced21Fwuency (Hz) f一m召三XiaiKTutuaccf fl alotiKLocation (m) z51Om SMhPsZStrtfWherl iber UnderTc&l3UUm SMF3OUin SMb基于拉曼散射的OTDR （ROTDR）自发拉曼斯托克斯和反斯托克斯光光强比7?苍）旳（一亩丿波珥曼常数h = h/2rvh :普朗常数T :温度detected rcflccxionf(入Z)fG2L) ()-，基于布里渊散射的分布式传感器G = IRPRsf2

9、L)fSf2IT = &n布里渊光时域反射技术（BOTDR）单端接入，光源j断点定位信噪比较差布里渊光时域分析技术（BOTDA）n不參弐双端接入k光源-2Z4 丿_L环信噪比较高 不能测断纤% tf 1 1 0续光 +AcySBS过程信号处理|BO1DR实验原理图_TL-!自发布里渊散射I实验结果（BOTDR）7km SMF28 -4km DSF -20km SMF28O O O)布里渊频移：SMF28: 10.87GHzDSF: 10.72GHzStressed DSF: 10.77GHzBOTDA实验系统布里渊频谱分布图布里渊特征语F(M：与脉冲功率谗空间分辨率频率测量精度 9-100-50050100Normalized frequency- 10ns 20ns40ns2 0 8 6 4 2 01.r 0 o o o 0gsu9u一paz 一-eulON分布式光纤传感技术应用上海世卿会的llOkv超高压蒙自地卜变电站温度检测上海长江隧桥工程中电缆火灾预警(c) RO