光纤激光传感技术

1、光纤激光传感技术激光具有高方向性、高单色性、高亮度等特点，其这些特点可以很好地应用 与传感技术领域，从而突破传统传感器在精度、稳定性方面所遇到的瓶颈，除此 外，由于激光传感技术在应用环境方面的一些优势，还可在许多传统传感器无法 应用的特定环境下使用，这给传感器领域带来了革命性的变化。常用的激光传感器是利用激光发射二极管对准目标发射激光脉冲，由传感器 接收器接收散射光，然后经过放大、光电转换等处理，得到有用的信息。其通常 具有极高的灵敏度，能对目标的极微小变化产生反应。另外，还有一种激光传感 技术，即本文要介绍的分布式光纤传感技术，其不同于常见激光传感器，而是利 用光纤来作为传感敏感元件和传输信

2、号介质，采用先进的OTDR技术，通过光 纤内传播的激光信号的变化探测出沿着光纤不同位置的温度和应变的变化。其不 仅具有激光传感技术的一般性特点，而且还能实现真正分布式的测量，使得到结 果更全面、更准确。光纤传感技术是在上世纪七十年代伴随着光纤通信的蓬勃发展而提出来的， 它与光时域反射技术密切结合迅速崛起，短短30年的时间里，在多个方面取得了 非常大的突破，现阶段光纤传感技术主要分为以下三类：一、基于瑞利后向散射的光纤传感技术。瑞利后向散射光的偏振状态以时间 为函数被探测到，由于单模光纤的双折射参数对诸如电场、磁场、应力、压力等 被测量量很敏感，因此，可以通过相应的克尔效应和法拉第旋光效应监测电

3、场和磁 场的变化。此外，瑞利后向散射光的强度与后向散射系数呈比例，而后向散射系 数一般只随温度变化，因而其也可以监测待测目标温度的变化。二、基于拉曼后向散射的光纤温度传感技术。拉曼散射产生了斯托克斯分量 和反斯托克斯分量，二者强度之比与绝对温度的大小相关，且有固定的关系式可 循，因而可以之制成温度传感器。三、基于布里渊效应的光纤传感技术。这是布里渊散射和O TDR探测技术相 结合构成的分布式光纤传感技术，泵浦和探测光从两端分别注入传感光纤，当泵 浦光与探测光的频率差与光纤中某区域的布里渊频移相等时，两光束之间就会发 生能量转移，由于布里渊频移与应变，温度存在线性关系，因此，对两激光器的频 率进

4、行连续调节的同时,通过检测从光纤一端射出的连续光的功率，就可以确定 光纤各小段区域上能量转移达到最大时对应的频率差，从而得到关于应变，温度 的分布信息，实现分布式测量。分布式光纤传感技术具备提取大范围测量场分布信息的能力，能够解决目 前测量领域的众多难题。其中分布式光纤温度传感技术可用于大型电力变压器、 高压电网、高层建筑等大的或长的设备的温度分布测量和监控；分布式光纤应变 传感技术在高层建筑、桥梁、水坝、飞行器、压力容器等重大结构与设备的形变 监测方面也有广阔应用前景。分布式光纤传感器具有传统传感器所不具备的诸多优点，因此能够解决当前 测量领域的诸多难题。但是，它也有自身的缺点，比如其测量精度与空间分辨率存 在制约关系，检测信号一般比较微弱，并且需要对大量信号进行繁琐的运算处理 等，总之，分布式光纤传感技术还有很多需要改善的地方。今后的发展方向将集 中在以下方面：（1）提高信号的接收能力和处理速度；（2）扩大传感器的测量范 围和测量精度；（3）探索新