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分布式光纤传感技术的特点与研究现状

作者:时间:2011-03-07来源:网络收藏
频率进行连续调整的同时,通过检测从光纤一端射出的连续光的功率,就可确定光纤各小段区域上布里渊增益达到最大时所对应的频率差.所确定的频率差与光纤上各段区域上的布里渊频移相等,因此在光纤上与布里渊频移成正比的温度和应变就随之确定.该传感技术所能达到的测量精度主要依赖于两台激光器的调谐精度。

图3 基于受激布城渊效应的器框图

当脉冲光的频率高于连续光的频率时,脉冲光的能量向连续光转移,这种传感方式称为布里渊增益型;当脉冲光的频率低于连续光的频率时,连续光的能量向脉冲光转移,这种传感方式称为布里渊损耗型.当光纤上的温度或应变为均匀时,布里渊增益传感方式会引起脉冲光能量的急剧降低,从而难以实现长距离的检测;布里渊损耗传感方式则引起脉冲光能量的升高,从而能实现长距离的检测.加拿大的鲍晓毅等人采用布里渊损耗的方式实现了长达51km的传感长度,并在近期实现了0.5m的空间分辨力[11].德国的Garus也提出了一种基于频率域分析法的新型技术[12],它同样利用布里渊频移来实现温度和应变的传感,但在实现被测量的空间定位时没有利用传统的光时域反射法,而是利用了受激布里渊散射的频谱特性。

2.4、利用传输模耦合的分布式传感技术

该传感器的一般形式是,光的入射与探测分别处于光纤的两端.如果传感光纤支持不同传播速度的两种传输模,那么在一定外界条件的作用下,光纤本征传输模的一部分能量就会耦合到另一传输模。因此在光纤另一端输出的耦合模的强度就能反映出被测量的大小,两传输模之间的延迟时间则反映出耦合点的位置。

Frank于1986年采用调频载波法来测量一双折射光纤上横向应力的分布[13]。Katrotsios于1987年提出一种采用迈克尔逊干涉仪的相位测量方案[14]。

该传感技术在理论上可得到极高的空间分辨力,但在实现上存在很大的困难.

3、分布式技术的应用与发展

由于分布式光纤传感技术能够实现大范围测量场中分布信息的提取,因而它可解决目前测量领域的众多难题,如:分布式温度传感器可用于大、中型变压器、发电机组和油井的温度分布测量,大型仓库、油库、高层建筑、矿井和隧道的火灾防护及报警系统等领域;分布式应力传感器可用于桥梁、堤坝等设施的安全检测,航空、航天飞行器等大型设备老化程度的检测,智能材料制备等领域。然而,为了实现快速、稳定、可靠及高精度的测量,仍需要进行多方面的研究。今后的研究重点也将主要放在以下几个方面:

① 实现单根光纤上多个物理参数(温度和应变)或化学参数的同时测量;
  ② 提高信号接收和处理系统的检测能力,提高系统的空间分辨力和测量不确定度;
  ③ 提高测量系统的测量范围,减少测量时间;
  ④ 新的传感机理的研究.【MechNet】


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关键词: 光纤传感 分布

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