分布式光纖傳感技術(shù)(編輯修改稿)
2025-05-28 22:47 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 2S1r2r光的干涉條件： 相干光源 S S2發(fā)出的光波在空間 P點(diǎn)相遇，兩列波在 P點(diǎn)的干涉本質(zhì)上是兩個(gè)同方向、同頻率的電磁簡(jiǎn)諧振動(dòng)的疊加。 相干條件： ①頻率相同 ②振動(dòng)方向相同 ③相位差恒定 )c o s()c o s(222111tkraEtkraE??????(1)MZ干涉型光纖傳感器用作分布式振動(dòng)傳感 2 12c r o s s()c o s2LLT ? ????????隨機(jī)干擾 干涉臂相位的隨機(jī)變化 干涉儀輸出功率的隨機(jī)變化 以 MZ干涉儀作為周界監(jiān)控系統(tǒng)時(shí) ， 入侵事件出現(xiàn)將導(dǎo)致接收信號(hào)功率的變化 18 MZ干涉型光纖傳感器的信號(hào)處理 ?信號(hào)處理的目標(biāo) —— 1).對(duì)干擾事件進(jìn)行定性 ?通過解調(diào)獲得干擾臂的相位變化，進(jìn)而根據(jù)相位變化情況分析干擾產(chǎn)生原因。 19 利用 3*3耦合器解調(diào)原理圖 MZ干涉型光纖傳感器的信號(hào)處理 通過順時(shí)針和逆時(shí)針傳輸?shù)南辔皇芨蓴_光信號(hào)到達(dá) A點(diǎn)和 B點(diǎn)的時(shí)延差可計(jì)算出產(chǎn)生干擾的位臵 。 A點(diǎn)和 B點(diǎn)分別對(duì)應(yīng) MZ干涉儀兩個(gè)耦合器的位臵 。P點(diǎn)是干擾發(fā)生的位臵 使用時(shí)使干涉儀兩臂中同時(shí)存在順時(shí)針和逆時(shí)針傳輸?shù)墓? ( 2 ) /T L Z V? ? ?20 信號(hào)處理的目標(biāo) —— 2).對(duì)干擾事件進(jìn)行定位 （適用于周界監(jiān)控及管道監(jiān)控等應(yīng)用） 耦合器 C2和 C3構(gòu)成 MZ干涉儀 在計(jì)算機(jī)中對(duì) PD1和 PD2接收到的光信號(hào)進(jìn)行互相關(guān)計(jì)算 ， 就可以獲得干擾出現(xiàn)的時(shí)延差 ， 繼而實(shí)現(xiàn)干擾定位 利用 MZ干涉儀進(jìn)行分布式傳感的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 21 (2) 光纖 SAGNAC干涉型分布式傳感器 ? 激光器發(fā)出的光經(jīng)耦合器分為兩束分別耦合進(jìn)由同一光纖構(gòu)成的光纖環(huán)中，沿相反方向傳輸，并于耦合器處再次發(fā)生干涉。 ? 當(dāng)傳感光纖沒有受到干擾時(shí)，干涉現(xiàn)象趨于穩(wěn)定；受到外界干擾時(shí)，正反向兩光束會(huì)產(chǎn)生不同的相移，并于耦合器處發(fā)生干涉，干涉信號(hào)的光強(qiáng)與干擾發(fā)生位臵具有一定關(guān)系。 R1 R2 Sagnac干涉儀的另一個(gè)典型應(yīng)用是光纖陀螺 ， 即當(dāng)環(huán)形光路有轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) ，順逆時(shí)針的光會(huì)有非互易性的光程差 ， 可用于轉(zhuǎn)動(dòng)傳感 22 光纖 SAGNAC干涉型分布式傳感器定位原理 ? 當(dāng)干擾源信號(hào)是正弦信號(hào)（或形如正弦信號(hào)）時(shí)，接收信號(hào)的功率幅值為 00 s i n ( )2ssPP???? ??零點(diǎn)頻率發(fā)生在 0 , , . . . . . . .2s N?? ??? ? ,12 ( 2 )s n u lls n u llNcfn L R???? ?干擾源位臵 R1與第 N個(gè)零頻之間的關(guān)系為 通過分析接收光信號(hào)的零頻點(diǎn)位臵即可獲得干擾源的位臵 2 1 1 2( ) /n R R c? ? ?? ? ? ? ?（上）有干擾時(shí)光強(qiáng)信號(hào)的理論計(jì)算值（下）實(shí)驗(yàn)值 23 42 散射型光纖傳感器 ?利用背向瑞利散射 —— OTDR ?利用布里淵散射 —— BOTDR、 BOTDA ?利用拉曼散射 —— ROTDR 24 (1)光纖中的背向散射光分析 布里淵散射和拉曼散射在散射前后有頻移 ， 是非彈性散射 斯托克斯光 反斯托克斯光 25 （ 2）光時(shí)域反射 (OTDR)技術(shù) ?光時(shí)域反射 (OTDR： Opitcal TimeDomain Reflectometry)技術(shù)最初被用于檢驗(yàn)光纖線路的損耗特性以及故障分析。 ?當(dāng)光脈沖在光纖中傳輸?shù)臅r(shí)候 ，由于光纖本身的性質(zhì)、連接器、接頭、彎曲或其他類似事件而產(chǎn)生散射、反射，其中 背向瑞利散射光和菲涅爾反射光
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