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分布式光纖傳感器的工作原理和應用

福州華光天銳光電科技有限公司提供分布式光纖測溫系統,廠(chǎng)家直銷(xiāo),可以廣泛應用于綜合管廊,電纜溝,油氣管道,變電站等。

分布式光纖傳感技術(shù)在光纖表征、故障定位以及光纖環(huán)境溫度、應力和振動(dòng)等的監測方面具有重要應用。光時(shí)域反射技術(shù)、光時(shí)域分析技術(shù)、光頻域分析技術(shù)是分布式光纖傳感技術(shù)中的幾種常用技術(shù)。

分布式

分布式光纖傳感器已在電力、石化、交通、土木和航天等領(lǐng)域得到了廣泛應用。但是隨著(zhù)各行業(yè)生產(chǎn)安全要求的提高,功能單一的分布式光纖傳感器已不能滿(mǎn)足需要,用戶(hù)為了更全面地了解工程安全狀況,往往需要同時(shí)對溫度、振動(dòng)、和應變等參量進(jìn)行全方位實(shí)時(shí)監控,一般需要配備至少兩套不同的分布式光纖傳感器才能滿(mǎn)足要求。

當光纖受到外界環(huán)境(如溫度、應力、振動(dòng)等)影響時(shí),光纖中傳輸光的強度、相位、頻率等參量將會(huì )相應的變化,通過(guò)檢測傳輸光的這些參量便可以獲得相應物理量,這種技術(shù)稱(chēng)為光纖傳感技術(shù)。光纖本身不帶電,抗電磁、耐輻射、耐高電壓、不產(chǎn)生電火花并且絕緣性能良好等特點(diǎn),使得光纖傳感系統將成為傳感器系統的主流,并逐步替代傳統的傳感器系統。光纖上的物理量諸如:壓力、溫度、濕度、電場(chǎng)、磁場(chǎng)等發(fā)生變化時(shí),會(huì )引起光纖的物理特性發(fā)生變化,從而使光纖中傳導的光波產(chǎn)生各種光學(xué)效應,如:散射、偏振、強度改變等等。通過(guò)檢測光纖中光波的變化,實(shí)現對溫度、壓力、形變、水位等物理量的檢測。近年光電子器件的迅猛發(fā)展,特別是半導體激光器、波分復用和光耦合技術(shù)、光電信號的探測與處理等等技術(shù)的發(fā)展,使光纖用來(lái)做分布式傳感器系統成為了現實(shí)。

分布式光纖傳感技術(shù)憑借分布式測量方式、測量距離長(cháng)、具有抗電磁干擾和高絕緣強度的優(yōu)勢被廣泛應用于建筑、橋梁、邊坡等大型基體的狀態(tài)監測。在電氣領(lǐng)域中也應用于海底電纜、架空輸電線(xiàn)路等電氣設備的溫度、應變的測量,具有非常廣闊的應用前景。目前基于分布式光纖傳感技術(shù)的變壓器繞組溫度、應變的檢測鮮有報道。
光纖傳感器由于具有抗電磁干擾能力強、靈敏度高、電絕緣性好、安全可靠、耐腐蝕、可構成光纖傳感網(wǎng)等諸多優(yōu)點(diǎn),因而在工業(yè)、農業(yè)、生物醫療、國防等各領(lǐng)域均有廣闊應用前景。
近年來(lái),布里淵光時(shí)域分析儀作為分布式光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域典型代表受到了廣泛的關(guān)注,與其他光纖傳感器相比,布里淵光時(shí)域分析儀具有高空間分辨率、超遠距離傳感以及動(dòng)態(tài)測量等優(yōu)點(diǎn),可以同時(shí)對溫度和微應變等物理量進(jìn)行高精度測量。由于光纖既作為傳感器件又作為信號傳輸信道,以光信號作為傳輸信號,因此可以有效降低結構成本。

分布式光纖傳感技術(shù)由于具有傳感空間范圍大、傳感與傳光為同一根光纖、結構簡(jiǎn)單、使用方便、單位長(cháng)度內信號獲取成本低、性?xún)r(jià)比高等優(yōu)選被廣泛地應用于管道泄漏的監測技術(shù)中。

傳統的傳感器大多是電量型的,測量范圍小、并網(wǎng)困難,而且點(diǎn)式傳感器在測量大范圍、長(cháng)距離時(shí),維護成本較高。相比之下,光纖傳感器的傳感器是光纖,光纖本身結構穩定、抗電磁干擾、耐腐蝕、體積小、價(jià)格低廉,此外光纖的覆蓋面廣,可以對大范圍,空間分布廣的系統做測量。因此20世紀70年代末以來(lái),分布式光纖傳感得到了廣泛的發(fā)展,出現了基于光時(shí)域反射技術(shù)(OTDR)、拉曼光時(shí)域反射技術(shù)(ROTDR)、布里淵光時(shí)域反射技術(shù)(BOTDR)、相位敏感光時(shí)域反射技術(shù)(Φ-OTDR)等。目前基于溫度測量拉曼光時(shí)域反射技術(shù)(ROTDR)已較為成熟。其中,拉曼光時(shí)域反射(ROTDR)技術(shù)是向光纖中注入脈沖光,光在光纖中傳播過(guò)程中,產(chǎn)生后向拉曼散射光譜的溫度效應。當入射的光量子與光纖物質(zhì)分子產(chǎn)生碰撞時(shí),產(chǎn)生彈性碰撞和非彈性碰撞。彈性碰撞時(shí),光量子和物質(zhì)分子之間沒(méi)有能量交換,光量子的頻率不發(fā)生任何改變,表現為瑞利散射光保持與入射光相同的波長(cháng);在非彈性碰撞時(shí),發(fā)生能量交換,光量子可以釋放或吸收聲子,表現為產(chǎn)生一個(gè)波長(cháng)較長(cháng)的斯托克斯光和一個(gè)波長(cháng)較短的反斯托克斯光。由于反斯托克斯光受溫度影響比較敏感,系統采用以斯托克斯光通道作為參考通道,反斯托克斯光通道作為信號通道,有兩者的比值可以消除光源信號波動(dòng)、光纖彎曲等非溫度因素,實(shí)現對溫度信息的采集。

光纖聯(lián)系