Обзор распределенных оптоволоконных датчиков

Распределенный волоконно-оптический датчик — это датчик, использующий уникальную технологию обнаружения распределенного оптического волокна для измерения или мониторинга пространственного распределения и изменяющейся во времени информации вдоль пути передачи по оптоволоконному кабелю. Он размещает сенсорное оптическое волокно вдоль поля и может одновременно получать пространственное распределение измеряемого поля и информацию об изменении во времени, что привлекательно для многих промышленных приложений. Принцип распределенной системы обнаружения оптического волокна заключается в одновременном использовании оптического волокна в качестве чувствительного элемента и среды передачи сигнала, а также в применении передовой технологии otdr и технологии ofdr для обнаружения изменений температуры и напряжения в различных местах вдоль оптического волокна. реализовать действительно распределенное измерение. Принцип измерения температуры в микрооптике — распределенная система измерения температуры, основанная на эффекте комбинационного рассеяния; Принцип измерения деформации заключается в распределенной системе измерения температуры и деформации на основе бриллюэновского рассеяния, которая может одновременно измерять температуру и деформацию. В нем используется сенсорное волокно, чувствительное к определенному измеряемому полю, для измерения основных потерь или рассеяния по длине волокна. Обычно используют технологию otdr (оптический рефлектометр во временной области), получая информацию о пространственном изменении измеренного поля из выходной информации. Следовательно, этот датчик непрерывного распределения может получать распределение измеряемого поля по длине оптического волокна с определенным пространственным разрешением. В настоящее время технология otdr является незаменимым устройством для обнаружения и диагностики неисправностей (например, точек останова) в оптоволоконной связи. Самая основная форма распределенного оптоволоконного датчика заключается в прямом использовании otdr для обнаружения чрезмерных локальных потерь по длине оптического волокна. Первоначально продемонстрировано распределенное измерение температуры оптического волокна. Он использует характеристику изменения коэффициента обратного рассеяния в зависимости от температуры. Для повышения чувствительности измерения используется волокно с жидкой сердцевиной. Недостатком этой схемы является то, что чувствительность волокна с твердой сердцевиной крайне низкая, волокна с жидкой сердцевиной непрактичны, а принимаемый сигнал связан с модовой структурой. Потому что параметры двойного лучепреломления в одномодовых волокнах чувствительны ко многим физическим величинам, таким как деформация, давление, электрическое поле и магнитное поле. Таким образом, эта производная технология рефлектометра имеет широкий потенциал применения. Базовая технология OTDR по существу представляет собой оптический радар. Принцип оптической дальнометрии между обычным радаром и распределенным волоконно-оптическим датчиком аналогичен. Чтобы улучшить пространственное разрешение измерения, были разработаны различные технологии, такие как регулировка диапазона непрерывных волн (fmcw), которые по существу являются технологиями отражения в оптической частотной области (ofdr). Несколько исследователей сообщили об использовании взаимосвязи между комбинационным рассеянием света и температурой для формирования распределенного измерения температуры. Один из них заключается в использовании улучшенного рефлектометра для анализа соотношения стоксовой и антистоксовой компонентов обратного рассеяния. Недавно сообщалось о распределенном датчике температуры, который измеряет только антистоксов компонент и двусторонний рамановский рефлектометр с длиной измерения 950 м и температурным разрешением. Основным недостатком этой схемы является то, что коэффициент комбинационного рассеяния очень мал, почти на 3 порядка ниже рэлеевского рассеяния, поэтому для нее требуется мощный лазер и малошумящий усилитель с большим коэффициентом усиления. Недавно некоторые люди изучали взаимосвязь между температурой и поглощением или флуоресценцией редкоземельного волокна для формирования распределенного измерения температуры. Однако использование характеристик флуоресценции требует, чтобы редкоземельные волокна имели короткое время жизни флуоресценции.