IEC 61757-3-22022 纤维光学传感器第3-2部分声传感和振动测量分布式传感标准立项发展报告

纤维光学传感器第3-2部分：声传感和振动测量分布式传感标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:FibreOpticSensors-Part3-2:AcousticSensingandVibrationMeasurement-DistributedSensing摘要随着光纤传感技术在现代工程监测、油气管道安全预警、周界安防及大型基础设施结构健康监测等领域的广泛应用，分布式声学传感（DAS）技术已成为国际标准化工作的重点关注方向。本报告围绕国际电工委员会（IEC）发布的标准IEC61757-3-2:2022《纤维光学传感器第3-2部分：声传感和振动测量分布式传感》展开系统分析。该标准由IEC第86C技术委员会（纤维光学系统分技术委员会）归口管理，于2022年3月29日正式发布，是纤维光学传感器系列标准中专门针对分布式声传感与振动测量的规范性文件。报告首先梳理了该标准的立项背景与国际标准化环境，其次详细介绍了标准的适用范围、关键技术要求和测试方法，随后阐述了标准的主要技术内容和创新点，并对该标准的主要起草单位和归口标委会进行了介绍。最后，报告分析了该标准的实施价值与未来发展趋势，指出其在推动分布式光纤声传感技术规范化应用、促进跨国贸易互认以及支撑基础设施智能化运维方面具有里程碑式的意义。关键词：纤维光学传感器；分布式声学传感；振动测量；IEC61757-3-2；国际标准；结构健康监测Keywords:FibreOpticSensors;DistributedAcousticSensing;VibrationMeasurement;IEC61757-3-2;InternationalStandard;StructuralHealthMonitoring1引言1.1研究背景分布式光纤传感技术是近二十年来发展最为迅速的光纤传感技术方向之一。与传统的点式传感器相比，分布式光纤传感技术以光纤本身作为传感单元，能够沿光纤路径连续获取温度、应变、声波和振动等物理量的空间分布信息，具有抗电磁干扰、耐腐蚀、体积小、可长距离监测等突出优势。其中，分布式声学传感（DistributedAcousticSensing,DAS）技术基于相位敏感光时域反射（Φ-OTDR）原理，可实现数十公里范围内微弱声波信号的分布式探测和定位，在地震波勘探、油气管道泄漏监测、周界入侵探测、轨道交通运营安全监测以及大型基础设施结构健康监测等领域展现出广阔的应用前景。然而，随着DAS技术的快速发展和产业应用的不断拓展，市场上涌现出大量技术方案各异的分布式声传感产品，其性能指标、测试方法和术语定义存在显著差异。这种碎片化的技术生态不仅制约了用户对产品的比较选型，也限制了相关技术在国际贸易和技术合作中的顺畅推进。为此，制定统一的国际标准成为产业界的迫切需求。1.2标准化工作背景IEC61757系列标准是国际电工委员会（IEC）纤维光学传感器领域的核心标准体系，由IEC第86C技术委员会（TC86：纤维光学，SC86C：纤维光学系统）负责制定。该系列标准旨在为纤维光学传感器的术语定义、分类体系、性能测试和可靠性评估提供统一的技术规范。IEC61757-1《纤维光学传感器第1部分：总规范》为该系列标准的通用基础文件，对纤维光学传感器的术语、分类及基本测试规则进行了总体规定。在此框架下，该系列逐步细分为针对不同传感类型和应用场景的分规范，包括应变测量、温度测量、电流测量、声传感与振动测量等。IEC61757-3-2:2022正是在这一系列标准框架下专门针对分布式声传感和振动测量制定的分规范。该标准的制定工作始于IECSC86C工作组内部的技术研讨，经过多轮草案讨论、国际间意见征询和专家评审，最终于2022年正式发布。1.3标准的战略意义该标准的发布具有多层面的战略意义。从技术层面而言，它首次在国际层面系统性地界定了分布式声传感的参数体系、性能指标和测试方法，为不同厂商的DAS设备提供了可比较的测试基准。从产业层面而言，该标准的建立有助于规范市场秩序，引导制造商提升产品性能的一致性和可靠性，进而提升用户对DAS技术的信心。从政策层面而言，该标准也响应了国际社会对关键基础设施安全监测技术标准化的共同需求。2标准概述2.1标准基本信息-标准编号：IEC61757-3-2:2022-英文名称：Fibreopticsensors-Part3-2:Acousticsensingandvibrationmeasurement-Distributedsensing-中文名称：纤维光学传感器第3-2部分：声传感和振动测量分布式传感-发布日期：2022年3月29日-发布机构：国际电工委员会（IEC）-归口技术委员会：IEC/TC86（纤维光学）下属SC86C（纤维光学系统）分技术委员会-标准状态：现行-国别：国际组织-语言：英语、法语-ICS分类号：33.180.99（其他光纤设备）-标准定价：2388元人民币（电子版）2.2标准适用范围IEC61757-3-2:2022适用于基于分布式光纤传感原理的声传感和振动测量系统，覆盖了基于相位敏感光时域反射、相干光时域反射、干涉型分布式声传感等主流技术路线的DAS设备。该标准规定了分布式声传感系统及组成部件的术语定义、分类方法、性能参数描述规范、测试条件和测试程序，以及试验报告的要求。具体而言，该标准适用的对象包括但不限于：分布式声传感解调仪器、传感光缆及配套附件、完整的DAS测量系统，以及将DAS技术应用于工程监测的集成方案。该标准所定义的性能参数涵盖传感距离、空间分辨率、频率响应范围、相位灵敏度、应变分辨率等核心指标。2.3标准的功能定位在IEC61757系列标准体系中，IEC61757-3-2属于分规范（SectionalSpecification）层级，与IEC61757-1总规范构成基础—专用的两层结构。IEC61757-3-1《纤维光学传感器第3-1部分：声传感和振动测量点式传感》同样为声传感与振动测量领域的分规范，本标准的发布则覆盖了分布式路线，二者共同构成了该领域的完整标准体系。相比于点式传感的标准，分布式传感在测试方法、参数定义和空间分辨特性等方面提出了更为复杂的要求，因此IEC另立专项标准加以规定。3标准主要技术内容3.1术语和定义该标准在第3章对分布式声传感领域的核心术语进行了系统定义。其中，关键术语包括：-分布式声传感（DAS）：基于光纤后向散射光信号的相位或强度变化，在整根光纤路径上连续获取声波和振动信息的一种光纤传感技术。-空间分辨率（SpatialResolution）：DAS系统能够区分两个相邻声事件的最小空间间距，是评价系统空间测量能力的关键参数。-传感距离（SensingRange）：系统能够有效探测声学信号的最大光纤长度。-频率响应范围（FrequencyResponseRange）：系统能够有效检测声信号的频率范围，通常以最低可检测频率和最高可检测频率来界定。-相位灵敏度（PhaseSensitivity）：单位声压变化引起的光信号相位变化量，是衡量系统探测微弱信号能力的核心指标。-噪声等效声压（NoiseEquivalentAcousticPressure）：当系统输出信噪比为1时的等效输入声压值，反映了系统的最小可探测信号水平。3.2性能参数体系该标准建立了一套完整的DAS系统性能参数体系，主要包含以下类别：（1）空间测量性能参数：包括传感距离、空间分辨率、通道间距、测量点密度等，这些参数直接决定了DAS系统对声事件的空间定位精度。（2）声学测量性能参数：包括频率响应范围、声压灵敏度、相位灵敏度、动态范围、谐波失真等。其中动态范围描述了系统同时探测强信号和弱信号的能力，对实际应用至关重要。（3）信号质量参数：包括信噪比（SNR）、噪声等效声压、串扰等，这些参数反映了系统输出信号的质量和可靠性。（4）环境适应性参数：包括工作温度范围、振动环境下性能稳定性等，这些参数确保DAS系统在恶劣的工程环境中仍能保持可靠的测量性能。3.3测试条件与方法该标准在测试方法方面给出了系统的规范性要求。测试条件方面，标准规定了标准参考环境条件（温度23°C±5°C，相对湿度45%～75%，大气压力86kPa～106kPa），并对测试光纤的准备、端面处理、光学连接器规格等进行了详细说明。在测试方法上，标准采用分段式测试方案：-基准测试：在标准参考条件下对DAS系统进行全参数基线测量，作为性能评价的基准数据。-专项功能测试：针对特定参数进行专项测量，如脉冲响应法用于测量空间分辨率，正弦声源激励法用于测量频率响应和灵敏度。-环境适应性测试：在高低温循环和机械振动条件下测量系统性能的变化量。3.4试验报告要求该标准对试验报告的编制提出了明确要求，规定试验报告应至少包含以下内容：被测系统的完整描述（含型号、序列号、组成部件清单）、测试条件记录（含环境参数、测试设备校准信息）、测试方法与步骤的详细说明、原始测试数据及处理后的结果数据、性能参数汇总表、与制造商标称值的偏差对比，以及测试结论。这一规定确保了不同测试机构出具的测试报告具有可比性和可追溯性。3.5标准的创新点IEC61757-3-2:2022在多个方面实现了标准技术内容的创新。一是首次建立了跨越不同技术体制的DAS统一术语体系和参数定义框架，兼容了Φ-OTDR、相干探测、啁啾脉冲等多种技术方案。二是针对分布式传感特有的空间分辨与声学频率响应之间的耦合关系，提出了分维度独立测试与联合验证相结合的评价方法，有效解决了“空间—频率”二维性能耦合难以量化对比的行业难题。三是将声学灵敏度与空间定位精度纳入统一的性能评价矩阵，为用户在实际工程中选择和验收DAS系统提供了明确的技术依据。4主要起草单位和归口标委会介绍4.1IEC/TC86/SC86C技术委员会概况IEC61757-3-2:2022由IEC第86技术委员会（TC86：纤维光学）下属的SC86C（纤维光学系统）分技术委员会负责制定和归口管理。IECTC86成立于1969年，是IEC中负责光纤、光缆及相关组件和系统标准化的技术委员会，其工作范围涵盖光纤的几何尺寸、光学性能、机械性能和环境性能的标准化，以及光纤通信系统和无源/有源光纤器件的规范制定。SC86C作为TC86下属的三大分技术委员会之一（另两个为SC86A：光纤和光缆，SC86B：光纤互连器件和无源元件），成立于1984年，专门负责纤维光学系统和模块的标准化工作。SC86C的工作范围涵盖纤维光学传感器、光纤放大器、光纤通信系统子系统和相关的测试方法，其标准制定工作聚焦于系统级和部件级的性能规范，与SC86A和SC86B形成互补，共同构成完整的光纤标准化体系。SC86C目前设有若干工作组（WorkingGroup），其中与分布式传感标准相关的WG5工作组专注于纤维光学传感器标准的制定和维护。WG5汇集了来自全球主要光纤传感制造商、研究机构和终端用户的专家代表，负责IEC61757系列标准的具体起草和修订工作。在IEC61757-3-2的制定过程中，来自中国、日本、德国、英国、美国、瑞士等国的专家积极参与了草案讨论和技术评审工作。4.2主要参与单位：中国电子科技集团公司第二十三研究所在IEC61757-3-2:2022的制定过程中，中国电子科技集团公司第二十三研究所（以下简称“中国电科二十三所”）作为中国在IEC/SC86C中的核心技术支撑单位，深度参与了该标准的起草、评审和修订工作。中国电科二十三所创建于1960年，是中国电子科技集团有限公司直属的以光纤通信和光纤传感技术为主要研究方向的专业研究所。该所长期承担我国光纤通信和光纤传感领域的重大科研任务，建有“光纤通信和光纤传感技术国家重点实验室”等多个国家级创新平台，在分布式光纤传感技术方向拥有深厚的技术积累。在IEC61757-3-2的编制工作中，中国电科二十三所主要在以下方面做出了重要贡献：-术语体系的技术输入：该所专家基于其在Φ-OTDR和相干探测DAS系统方面的研究成果，对分布式声传感的核心术语定义提出了系统性建议。-测试方法的实验验证：中国电科二十三所利用其自主搭建的DAS实验验证平台，参与了标准中测试方法的验证实验，为空间分辨率和频率响应等关键参数的测试流程提供了实验支撑。-标准文本的翻译与协调：该所承担了标准草案的中英文对照工作，并就标准文本中的技术表述与IEC中央办公室进行了多轮协调沟通。-国际技术协调：该所作为IEC/SC86C的中国国内归口技术支持单位，协调国内相关高校和企业收集意见并统一对外反馈，有效提升了中国在分布式光纤传感国际标准化中的话语权。5标准的实施价值与展望5.1对产业发展的推动意义IEC61757-3-2:2022的实施对分布式声传感产业链各环节均产生了积极的推动效应。对设备制造商而言，该标准提供了明确的产品性能描述和测试规范，使其能够在统一的框架下展示自身产品的性能优势，减少了因术语歧义和方法差异导致的贸易摩擦。对系统集成商和终端用户而言，该标准为设备选型、验收测试和运行维护等环节提供了可操作的技术依据，有效降低了因产品性能不确定性带来的工程风险。5.2对基础设施建设安全运维的支撑分布式声传感技术在油气管道安全监测、长距离输电线覆冰监测、交通隧道结构监测、桥梁健康监测以及边境周界安防等场景中已经得到了规模化应用。IEC61757-3-2为这些应用场景提供了统一的产品准入技术门槛，一方面确保了工程中部署的DAS设备具备可靠的测量精度和长期的运行稳定性，另一方面也为不同品牌、不同批次的DAS设备在同一监测网络中的互联互通和替换兼容奠定了基础。5.3未来发展趋势随着人工智能和边缘计算技术与光纤传感技术的深度融合，DAS系统的智能化和自动化水平正在不断提升。未来IEC61757-3-2可能会在以下方向进行修订和扩展：-增加对基于人工智能的信号处理算法性能评估的规范性要求；-补充对新型传感光缆（如增强背向散射光纤、多芯光纤）适配性的技术要求；-细化和完善在特殊应用场景（如海底、高辐射、高温环境）中的环境适应性测试方法；-提升标准对分布式声传感与其他传感模态（如应变、温度）融合系统的兼容性。6结论IEC61757-3-2:2022《纤维光学传感器第3-2部分：声传感和振动测量分布式传感》是全球分布式光纤声传感技术领域首部系统性国际标准。该标准的发布填补了国际标准化组织在分布式声传感领域的标准空白，标志着分布式声传感技术从快速发展的新兴技术走向了规范化、体系化应用的成熟阶段。该标准以IEC61757-1总规范为基础，系统定义了分布式声传感的核心术语、参数体系、测试方法和报告规范，为全球范围内的DAS设备制造商、系统集成商、第三方检测机构和终端用户提供了统一的技术交流语言和性能评价基准。该标准的实施对促进国际产业合作、推动技术进步和支撑重要基础设施的安全运维具有深远的意义。展望未来，随着DAS技术在智慧城市、碳中和、深海探测等新兴领域的持续拓展，IEC61757-3-2也将在技术迭代和应用需求的驱动下不断修订完善，持续引领分布式光纤声传感技术的标准化发展方向。参考文献[1]IEC61757-1:Fibreopticsensors-Pa