分布式光纤传感原理课件

准分布式光纤传感原理将呈一定空间分布的相同类型的光纤传感器耦合到一根或多根光纤总线上，通过寻址、解调，检测出被测量的大小及空间分布，光纤总线仅起传光作用。寻址方式时分复用（TDM-TimeDivisionMultiplex)波分复用（WDM-WavelengthDivisionMultiplex)偏分复用（PDM-PolarizationDivisionMultiplex)空分复用（SDM-SpaceDivisionMultiplex)频分复用（FDM-FrequencyDivisionMultiplex)准分布式光纤传感原理将呈一定空间分布的相同类型的光纤传感器耦1时分复用（TDM）光纤对光波的延迟效应来寻址脉宽小于光纤总线上相邻传感器的传输时间光纤总线输入端注入，各传感器距光脉冲发射端距离不同。接收到每个脉冲对应一个传感器，延时对应地址光脉冲变化量反映该点被测量的大小时分复用（TDM）光纤对光波的延迟效应来寻址2时分复用示意图时分复用示意图3光时域反射（OTDR）技术OpticalTimeDomainReflectometry光时域反射（OTDR）技术OpticalTimeDoma4散射型光纤传感器利用背向瑞利散射——OTDR利用布里渊散射——B-OTDR利用拉曼散射——R-OTDR散射型光纤传感器利用背向瑞利散射——OTDR5光纤中的背向散射光分析斯托克斯光反斯托克斯光6光纤中的背向散射光分析斯托克斯光反斯托克斯光66光学声子光学声子7利用OTDR技术测量光纤沿线背向反射光功率的结果利用OTDR技术测量光纤沿线背向反射光功率的结果8衰减系数衰减系数9基于瑞利散射的传感系统后向散射入射光脉冲光源检测器基于瑞利散射的传感系统后向散射入射光脉冲光源检测器10基于拉曼散射的分布式光纤传感技术斯托克斯光与反斯托克斯光的强度比和温度关系：Anti-stokes光强会随温度变化。Stokes光强与温度无关其中a为与温度相关的系数优点：两个光强之比，与光源强度无关，因此光纤老化，损耗，仍可保证测温精度。基于拉曼散射的分布式光纤传感技术斯托克斯光与反斯托克斯光的强11传感器系统测温区域Raman散射光两个滤波器光纤中自发拉曼散射的反斯托克斯光与温度紧密相关。常温下(T=300K)其温敏系数为8‰/℃。采用反斯托克斯与斯托克斯比值的分布式光纤温度测量，其结果消除了光源波动、光纤弯曲等因素的影响，只与沿光纤的温度场有关，因此可长时间保证测温精度。传感器系统测温区域Raman散射光两个滤波器光纤中自发拉曼12基于布里渊散射的分布式光纤传感技术BOTDR系统从一端输入泵浦脉冲，在同一端检测返回信号的中心波长和功率。使用方便，但自发布里渊散射信号很微弱，检测困难。在BOTDA中，处于光纤两端的可调谐激光器分别将一脉冲光（泵浦光）与一连续光（探测光）注入传感光纤。利用受激布里渊散射效应，散射光强度更强13基于布里渊散射的分布式光纤传感技术BOTDR系统从一端输入泵13BOTDR——定位原理14BOTDR——定位原理1414几种散射式传感技术的比较应用场合优点缺点OTDR断点、损伤检测连续显示衰减情况有盲区BOTDR应力、温度测量精度和分辨率高要求极窄线宽、可调线宽激光器；交叉干扰；功率低BOTDA应力、温度测量精度和分辨率高，大动态范围系统复杂；两端测量；不能检测断点；交叉干扰ROTDR温度较高测温精度返回的信号弱，大功率光源15几种散射式传感技术的比较应用场合优点缺点OTDR断点、损伤检15波分复用（WDM）通过光纤总线上各传感器的调制信号的特征波长来寻址。宽带光束注入光纤，各个传感器的特征波长不同，通过滤波系统求出被测信号的大小和位置波分复用（WDM）通过光纤总线上各传感器的调制信号的特征波长16波分复用示意图波分复用示意图17分布式光纤传感原理课件18FBG传感器在隧道

锚杆支护结构监测的应用研究FBG传感器在隧道

锚杆支护结构监测的应用研究19频分复用和空分复用将多个光源调制在不同的频率上，经过各分立的传感器后汇集在光纤总线上，每个传感器的信息包含在总线信号中的对应频率上。空分复用是将各个传感器的接受光纤的终端按空间位置编码，通过扫描机构控制选通光开光选址。频分复用和空分复用将多个光源调制在不同的频率上，经过各分立的20分布式光纤传感技术的应用21分布式光纤传感技术的应用2121分布式光纤传感技术的应用——周界防护光缆传感监控系统工程施工实例22分布式光纤传感技术的应用——周界防护光缆传感监控系统工程施工22分布式光纤传感技术用于航空领域的多参量监测太空飞船X-38的再入式实验飞行器（NASA图片）传感器布测区域b.分布式应力传感方案输出信号沿光纤传输光的背向散射分量光纤温度传感元平面温度场分布输入信号埋入光纤应力传感元输入信号输出信号光纤监测网损伤探测23光纤蒙皮分布式光纤传感技术用于航空领域的多参量监测太空飞船X-38的23分布式光纤传感技术的应用——管道泄露监测24分布式光纤传感技术的应用——管道泄露监测2424各种分布式光纤传感技术的应用传感原理传感监测量应用领域B-OTDR应力，温度管道泄露监测，结构健康监测等R-OTDR温度油气油井里温度分布监测、管道泄露监测等M-Z微振动周界防护等Sagnac较有规律的微振动气体管道泄露监测、周界防护等25各种分布式光纤传感技术的应用传感原理传感监测量应用领域B-O25分布式光纤传感原理课件26分布式光纤传感原理课件27分布式光纤传感原理课件28分布式光纤传感原理课件29分布式光纤传感原理课件30分布式光纤传感原理课件31准分布式光纤传感原理将呈一定空间分布的相同类型的光纤传感器耦合到一根或多根光纤总线上，通过寻址、解调，检测出被测量的大小及空间分布，光纤总线仅起传光作用。寻址方式时分复用（TDM-TimeDivisionMultiplex)波分复用（WDM-WavelengthDivisionMultiplex)偏分复用（PDM-PolarizationDivisionMultiplex)空分复用（SDM-SpaceDivisionMultiplex)频分复用（FDM-FrequencyDivisionMultiplex)准分布式光纤传感原理将呈一定空间分布的相同类型的光纤传感器耦32时分复用（TDM）光纤对光波的延迟效应来寻址脉宽小于光纤总线上相邻传感器的传输时间光纤总线输入端注入，各传感器距光脉冲发射端距离不同。接收到每个脉冲对应一个传感器，延时对应地址光脉冲变化量反映该点被测量的大小时分复用（TDM）光纤对光波的延迟效应来寻址33时分复用示意图时分复用示意图34光时域反射（OTDR）技术OpticalTimeDomainReflectometry光时域反射（OTDR）技术OpticalTimeDoma35散射型光纤传感器利用背向瑞利散射——OTDR利用布里渊散射——B-OTDR利用拉曼散射——R-OTDR散射型光纤传感器利用背向瑞利散射——OTDR36光纤中的背向散射光分析斯托克斯光反斯托克斯光37光纤中的背向散射光分析斯托克斯光反斯托克斯光637光学声子光学声子38利用OTDR技术测量光纤沿线背向反射光功率的结果利用OTDR技术测量光纤沿线背向反射光功率的结果39衰减系数衰减系数40基于瑞利散射的传感系统后向散射入射光脉冲光源检测器基于瑞利散射的传感系统后向散射入射光脉冲光源检测器41基于拉曼散射的分布式光纤传感技术斯托克斯光与反斯托克斯光的强度比和温度关系：Anti-stokes光强会随温度变化。Stokes光强与温度无关其中a为与温度相关的系数优点：两个光强之比，与光源强度无关，因此光纤老化，损耗，仍可保证测温精度。基于拉曼散射的分布式光纤传感技术斯托克斯光与反斯托克斯光的强42传感器系统测温区域Raman散射光两个滤波器光纤中自发拉曼散射的反斯托克斯光与温度紧密相关。常温下(T=300K)其温敏系数为8‰/℃。采用反斯托克斯与斯托克斯比值的分布式光纤温度测量，其结果消除了光源波动、光纤弯曲等因素的影响，只与沿光纤的温度场有关，因此可长时间保证测温精度。传感器系统测温区域Raman散射光两个滤波器光纤中自发拉曼43基于布里渊散射的分布式光纤传感技术BOTDR系统从一端输入泵浦脉冲，在同一端检测返回信号的中心波长和功率。使用方便，但自发布里渊散射信号很微弱，检测困难。在BOTDA中，处于光纤两端的可调谐激光器分别将一脉冲光（泵浦光）与一连续光（探测光）注入传感光纤。利用受激布里渊散射效应，散射光强度更强44基于布里渊散射的分布式光纤传感技术BOTDR系统从一端输入泵44BOTDR——定位原理45BOTDR——定位原理1445几种散射式传感技术的比较应用场合优点缺点OTDR断点、损伤检测连续显示衰减情况有盲区BOTDR应力、温度测量精度和分辨率高要求极窄线宽、可调线宽激光器；交叉干扰；功率低BOTDA应力、温度测量精度和分辨率高，大动态范围系统复杂；两端测量；不能检测断点；交叉干扰ROTDR温度较高测温精度返回的信号弱，大功率光源46几种散射式传感技术的比较应用场合优点缺点OTDR断点、损伤检46波分复用（WDM）通过光纤总线上各传感器的调制信号的特征波长来寻址。宽带光束注入光纤，各个传感器的特征波长不同，通过滤波系统求出被测信号的大小和位置波分复用（WDM）通过光纤总线上各传感器的调制信号的特征波长47波分复用示意图波分复用示意图48分布式光纤传感原理课件49FBG传感器在隧道

锚杆支护结构监测的应用研究FBG传感器在隧道

锚杆支护结构监测的应用研究50频分复用和空分复用将多个光源调制在不同的频率上，经过各分立的传感器后汇集在光纤总线上，每个传感器的信息包含在总线信号中的对应频率上。空分复用是将各个传感器的接受光纤的终端按空间位置编码，通过扫描机构控制选通光开光选址。频分复用和空分复用将多个光源调制在不同的频率上，经过各分立的51分布式光纤传感技术的应用52分布式光纤传感技术的应用2152分布式光纤传感技术的应用——周界防护光缆传感监控系统工程施工实例53分布式光纤传感技术的应用——周界防护光缆传感监控系统工程施工53分布式光纤传感技术用于航空领域的多参量监测太空飞船X-38的再入式实验飞行器（NASA图片）传感器布测区域b.分布式应力传感方案输出信号沿光纤传输光的背向散射分量光纤温度传感元平面温度场分布输入信号埋入光纤应力传感元输入信号输出信号光纤监测网损伤探测54光纤蒙皮分布式光纤传感技术用于航空领域的多参量监测太空飞船X-38的54分布式光纤传感技术的应用——管道泄露监测55分布式光纤传感技术的应用——管道泄露监测2455各种分布式