近年來(lái), 光纖傳感技術(shù)迅速發(fā)展，受到人們越來(lái)越多的關(guān)注，正逐步成為繼光纖通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展之后又一大光纖應用技術(shù)產(chǎn)業(yè)。其中，分布式光纖傳感是目前國內外研究的熱點(diǎn)之一。

分布式光纖傳感測量是利用光纖的一維空間連續特性進(jìn)行測量的技術(shù)。光纖既作傳感元件，又作傳輸元件，可以在整個(gè)光纖長(cháng)度上對沿光纖分布的環(huán)境參數進(jìn)行連續測量，同時(shí)獲得被測量的空間分布狀態(tài)和隨時(shí)間變化的信息。 分布式光纖傳感技術(shù)主要有：基于光纖拉曼散射或布里淵散射的光時(shí)域反射及頻域反射技術(shù)（R/B-OTDR/OFDR）、基于光纖瑞利散射的偏振光時(shí)域反射技術(shù)（P-OTDR）、長(cháng)距離光干涉技術(shù)以及準分布式光纖布拉格光柵復用技術(shù)等。

分布式光纖傳感技術(shù)原理

基于后向散射的分布式光纖傳感技術(shù)

當光波在光纖中傳輸時(shí)，會(huì )產(chǎn)生后向散射光，包括瑞利散射、拉曼散射和布里淵散射。檢測由光纖沿線(xiàn)各點(diǎn)產(chǎn)生的后向散射，通過(guò)這些后向散射光與被測量（如溫度、應力、振動(dòng)等）的關(guān)系，可以實(shí)現分布式光纖傳感基于拉曼散射的分布式光纖溫度傳感。

測量光纖中的反斯托克斯喇曼反射信號可以實(shí)現分布式溫度傳感。從 20 世紀 80 年代開(kāi)始，國內外對反斯托克斯拉曼散射信號的光時(shí)域測量技術(shù)進(jìn)行了大量的研究。

利用光纖背向拉曼散射的溫度效應，光纖所處空間各點(diǎn)的溫度場(chǎng)調制了光纖中反斯托克斯背向拉曼散射光的強度，利用光纖的光時(shí)域反射技術(shù)（OTDR）檢測對所測溫度點(diǎn)定位。這種技術(shù)測量原理簡(jiǎn)單，造價(jià)相對低廉，目前已經(jīng)能夠實(shí)現 10 km 以上的測量距離，并得到一定程度的應用。但是它需要高功率、短脈沖的光源和高速信號放大采集器件，其測溫精度和空間分辨率受到器件性能和造價(jià)的限制。

近年來(lái)光頻域反射技術(shù) （OFDR） 也得到較快發(fā)展。OFDR 技術(shù)，采用功率調制的連續激光做光源，因此其后向拉曼散射功率比同樣入射條件下的 OTDR技術(shù)高近 2000 倍，信號雖然高速調制，但是頻帶窄，容易通過(guò)濾波除去噪聲，能夠大大提高傳感信號的信噪比，在空間分辨率、檢測精度和實(shí)時(shí)性方面具有更大的優(yōu)勢。

基于布里淵散射的分布式光纖溫度/應力傳感

用窄線(xiàn)寬連續激光對單模光纖進(jìn)行抽運時(shí)，布里淵散射是一種主要的非線(xiàn)性效應。布里淵散射的散射性能可以用布里淵散射頻移大小來(lái)描述，其大小與介質(zhì)的聲子速率有關(guān)，而該速率依賴(lài)于溫度和應變。通過(guò)光譜分析獲得溫度或應力信息，并采用脈沖光對參量場(chǎng)分布進(jìn)行定位，即可實(shí)現分布式光纖溫度和應力傳感。

基于受激布里淵散射的分布式光纖傳感技術(shù)對于溫度、應力等單一分布參數的測量有很高的精度和空間分辨率，是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種最具潛力和突破性的技術(shù)。它一般采用抽運－探測（Pump-Probe）結構,稱(chēng)為布里淵光學(xué)時(shí)域分析（BOTDA）。目前，基于受激布里淵散射的分布式光纖傳感技術(shù)主要包括基于脈沖激光抽運的 BOTDA、基于相關(guān)連續波的 BOTDA 以及基于暗脈沖激光抽運的 BOTDA。

基于偏振光時(shí)域反射的分布式傳感

偏振光時(shí)域反射(POTDR)傳感是通過(guò)檢測光纖中偏振態(tài)變化來(lái)達到分布式光纖傳感目的的一種新型傳感技術(shù)。POTDR 技術(shù)是在 OTDR 技術(shù)的基礎上發(fā)展起來(lái)的, 其工作原理為：基于待測單模光纖中的后向瑞利散射光包含著(zhù)偏振態(tài)沿光纖變化的附加信息。將線(xiàn)偏振光耦合進(jìn)光纖, 光脈沖在光纖中傳輸時(shí)發(fā)生瑞利散射, 散射過(guò)程中光的偏振態(tài)隨外界參量對纖的作用而變化，同時(shí)光的偏振性是位置的函數,因此探測后向散射光的偏振特性, 即可得知光纖中偏振特性的時(shí)間分布及空間分布，從而獲得被測量的場(chǎng) 分布分布式光纖傳感技術(shù)具有極優(yōu)異的測量精度、可靠性和動(dòng)態(tài)測量特性，而且本質(zhì)安全，易于工程鋪設，因此在民用工程、航空航天、電力、石油化工、醫療等領(lǐng)域中都有著(zhù)廣泛的應用。

民用工程結構中的應用

分布式光纖傳感技術(shù)廣泛應用于民用工程結構如橋梁等建筑的安全檢測、巖石變形測量、道路和場(chǎng)地測量以及周界安防監控中，可為監測交通工具的速度、載重及種類(lèi)提供很重要的數據。這種傳感器的測量精度可以達到幾個(gè)微應變級，具有很好的可靠性，可實(shí)現動(dòng)態(tài)測量，采用分布式埋入還可以實(shí)現對整個(gè)建筑物的健康狀況監測，從而防止工程及交通事故的發(fā)生。

航空航天領(lǐng)域中的應用

在航空航天領(lǐng)域，飛行安全是人們十分關(guān)注的一個(gè)方面。光纖傳感器具有體積小、重量輕、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。分布式光纖傳感技術(shù)早在 1988 年就成功地在航空航天領(lǐng)域中用于無(wú)損檢測。將光纖傳感器埋入飛行器或者發(fā)射塔結構中，構成分布式智能傳感網(wǎng)絡(luò )，可以對飛行器及發(fā)射塔的內部機械性能及外部環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監測。波音公司在這方面進(jìn)行了許多研究。目前可以使用分布式光纖傳感技術(shù)實(shí)現飛機機翼、羽翼、穩定軸、支撐桿等處應變及位移監測，并且還有電機、電路等連接部位的運行溫度實(shí)時(shí)在線(xiàn)測量。

船舶工業(yè)中的應用

光纖傳感技術(shù)在船舶工業(yè)中也有著(zhù)廣泛應用，如船體關(guān)鍵位置的應變監測、損傷評估和超負荷條件下的早期報警。船舶的結構缺陷常常影響其安全性能，基于分布式光纖傳感技術(shù)的大型結構健康監測系統可以實(shí)時(shí)監測船體的健康狀態(tài)，從而預防事故的發(fā)生。將光纖傳感技術(shù)大規模用于船舶、潛艇損傷的實(shí)時(shí)檢測。

電力工業(yè)中的應用

電網(wǎng)規模迅速擴大和電壓等級的不斷提高，對電力設備的可靠性和安全運行提出了更高要求，而高壓檢測技術(shù)卻跟不上形勢的發(fā)展，常規檢測設備已不能滿(mǎn)足當前的需要。目前分布式光纖傳感器是較理想的一種檢測技術(shù)，在高壓電力系統的安全監控中有著(zhù)重要應用。比如可以用于電纜溫度和電纜導體載流量的監控，利用分布式光纖傳感可以實(shí)時(shí)監測長(cháng)距離輸電線(xiàn)路表面的溫度，計算導體溫度許用負載和載流量，進(jìn)而為輸電線(xiàn)路的故障監測和負荷管理提供全面而有效的解決方案，保障輸電線(xiàn)路的安全，可以提高資產(chǎn)利用率，發(fā)現潛在故障，實(shí)現預防性維護。

石油化工業(yè)中的應用

泄漏是輸油管道運行的主要故障，往往也會(huì )由此造成巨大損失。因而，輸油管道泄漏檢測是石油行業(yè)亟待解決的重要問(wèn)題。利用鋪設在管道附件的傳感器，拾取管道由于泄漏、附近機械施工和人為破壞等事件產(chǎn)生的壓力和振動(dòng)信號，進(jìn)一步可以通過(guò)傳感相關(guān)技術(shù)檢測管道泄漏并進(jìn)行定位。分布式光纖傳感技術(shù)由于能夠獲得被測物理場(chǎng)沿空間和時(shí)間上的連續分布信息，非常適合用于長(cháng)距離管道泄漏檢測。另外，利用分布式光纖傳感技術(shù)還可實(shí)時(shí)監測高壓管道應變和彎曲狀況。

醫學(xué)中的應用

光纖傳感器柔軟、小巧、自由度大、絕緣、不受射頻和微波干擾、測量精度高，在醫學(xué)中的應用具有明顯優(yōu)勢，例如對人體血管等的探測，人體外科校正和超聲波場(chǎng)測量等。光纖內窺鏡使得檢查人體的各個(gè)部位幾乎都是可行的，且操作中不會(huì )引起病人的痛苦與不適，其中光纖血管鏡已應用于人類(lèi)的心導管檢查中。光纖內窺鏡不僅用于診斷，目前也正進(jìn)入治療領(lǐng)域中，例如息肉切除手術(shù)等。微波加溫治療技術(shù)是當前治療的有效途徑，但微波加溫治療技術(shù)的溫度難以把握，而光纖溫度傳感器恰可以對微波加溫治療技術(shù)的有效溫度進(jìn)行監測。光纖溫度傳感器在癌癥治療方面的研究和應用正日益興起。