分布式光纖傳感技術(shù)-資料下載頁(yè)
2025-05-01 22:47本頁(yè)面
【正文】 缺點(diǎn)： ? 需要 激光器的輸出穩(wěn)定、線寬窄，對(duì)光源和控制系統(tǒng)的要求很高； ? 由于自發(fā)布里淵散射相當(dāng)微弱（比瑞利散射約小兩個(gè)數(shù)量級(jí)），檢測(cè)比較困難，要求信號(hào)處理系統(tǒng)具有較高的信噪比 。 ? 由于在檢測(cè)過程中需進(jìn)行大量的信號(hào)加法平均、頻率的掃描等處理 ,因而實(shí)現(xiàn)一次完整的測(cè)量需較長(zhǎng)的時(shí)間 ,實(shí)時(shí)性不夠好。 36 ?檢測(cè) 30km 光纖沿線的應(yīng)變， ? 空間 分辨力可達(dá) 1m。 ? 應(yīng)變 精度 : 20 μe (%) ? 溫度 精度 : 1176。 C ? 取樣 時(shí)間 : 20 s 至 5 min (典型值： 2 min) 37 （ 3） ROTDR—— 光時(shí)域拉曼散射光纖傳感器 ?拉曼散射產(chǎn)生機(jī)理： ? 在任何分子介質(zhì)中， 光通過介質(zhì)時(shí)由于入射光與分子運(yùn)動(dòng)相互作用會(huì)引起的頻率發(fā)生變化的散射 ，此過程為拉曼散射 ? 量子力學(xué)描述：分子吸收頻率為 V0的光子，發(fā)射 V0Vi的光子，同時(shí)分子從低能態(tài)躍遷到高能態(tài)（對(duì)應(yīng)斯托克斯光）；分子吸收頻率為 V0的光子，發(fā)射 V0+Vi的光子，同時(shí)分子從高能態(tài)躍遷到低能態(tài)（反斯托克斯光）。 38 ROTDR—— 傳感原理 ?拉曼散射由分子熱運(yùn)動(dòng)引起，所以拉曼散射光可以攜帶散射點(diǎn)的溫度信息。 ?反斯托克斯光的幅度強(qiáng)烈依賴于溫度，而斯托克斯光則不是。 則通過測(cè)量斯托克斯光與反斯托克斯光的功率比，可以探測(cè)到溫度的變化。 ?由于自發(fā)拉曼散射光一般很弱，比自發(fā)布里淵散射光還弱 10dB，所以必須采用高輸入功率，且需對(duì)探測(cè)到的后向散射光信號(hào)取較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的平均值。 ?此方法上世紀(jì) 80年代就已被提出，并商用化。 39 ROTDR—— 傳感原理 基于自發(fā)拉曼散射的分布式光纖溫度傳感器原理 光纖中自發(fā)拉曼散射的反斯托克斯光與溫度緊密 相關(guān) 。 常溫下 (T=300K)其溫敏系數(shù)為 8‰ /℃ 。 采用反斯托克斯與斯托克斯比值的分布式光纖溫度測(cè)量 ， 其結(jié)果消除了光源波動(dòng) 、 光纖彎曲等因素的影響 ， 只與沿光纖的溫度場(chǎng)有關(guān) ， 因此可長(zhǎng)時(shí)間保證測(cè)溫精度 。 40 幾種散射式傳感技術(shù)的比較 應(yīng)用場(chǎng)合 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) OTDR 斷點(diǎn)、損 傷檢測(cè) 連續(xù)顯示衰減情 況 有盲區(qū) BOTDR 應(yīng)力、溫 度 測(cè)量精度和分辨 率高 要求極窄線寬 、 可調(diào)線寬激光器；交叉干擾；功率低 BOTDA 應(yīng)力、溫 度 測(cè)量精度和分辨率高，大動(dòng)態(tài)范圍 系統(tǒng)復(fù)雜；兩端測(cè)量；不能檢測(cè)斷點(diǎn)；交叉干擾 ROTDR 溫度 較高測(cè)溫精度 返回的信號(hào)弱 ， 大功率光源 41 (5)分布式光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用 42 分布式光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用 —— 周界防護(hù) 光纜傳感監(jiān)控系統(tǒng)工程施工實(shí)例 根據(jù)防范的不同場(chǎng)合和要求 ，光纖可以構(gòu)成各種形狀 ， 環(huán)臵于需要防范的周界處的適當(dāng)位臵 ， 當(dāng)入侵者侵入時(shí) ，系統(tǒng)都會(huì)發(fā)出告警信號(hào) 43 光波所為國(guó)慶 60周年通州閱兵村提供的光纜預(yù)警系統(tǒng)采用的就是分布式光纖傳感技術(shù) 分布式光纖傳感技術(shù)用于航空領(lǐng)域的多參量監(jiān)測(cè) 太空飛船 X38的再入式實(shí)驗(yàn)飛行器 （ NASA圖片 ） 傳感器布測(cè)區(qū)域 度傳感方案 輸出信號(hào) 沿光纖傳輸光的背向散射分量 光纖溫度傳感元平面 溫度場(chǎng)分布 輸入信號(hào) 埋入光纖應(yīng)力傳感元 輸入信號(hào) 輸出信號(hào) 光纖監(jiān)測(cè)網(wǎng) 損傷探測(cè) 光纖蒙皮 45 分布式光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用 —— 管道泄露監(jiān)測(cè) 46 各種分布式光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用 傳感原理 傳感監(jiān)測(cè)量 應(yīng)用領(lǐng)域 BOTDR 應(yīng)力，溫度 管道泄露監(jiān)測(cè)，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)等 ROTDR 溫度 油氣油井里溫度分布監(jiān)測(cè)、 管道泄露監(jiān)測(cè)等 MZ 微振動(dòng) 周界防護(hù) 等 Sagnac 較有規(guī)律 的微振動(dòng) 氣體管道泄露 監(jiān)測(cè) 、 周界防護(hù)等 47
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