分布式與準分布式綜述

1、分布式和準分布式傳感器2012年，yongkang dong等人提出了結(jié)合頻分復用和內(nèi)置edfa的布里淵光時域分析 的方案1。頻分復用的botdr復用了具有不同布里淵頻移的光纖段，并將布里淵的有效 作用長度減小到一段光纖而不是整個傳感光纖的長度，這樣每一段botdr的cw探針光功 率都可以增加，以加強布里淵信號，這樣既拓展了傳感范圍乂有很高的應變溫度分辨率。實 驗得到的傳感范圍是150km,空間分辨率是2m,精確度是30£。2012年，xuan liu等人提出用非零色散位移光纖同時進行溫度和應力測量的方案2。 實驗得到多峰布里淵散射，且利用前兩個峰的屮心頻移和線寬來探測溫度和應力。實

2、驗用的 總傳感長度為112m，測得應力誤差37“£，溫度誤差1.8°c,空間分辨率為4m。（解決的 是溫度和應力的交叉靈敏度的問題。）2012年，ken kashiwagi等人提出用光學頻率梳作為光源來延長分布式布里淵傳感器的 測塑范圍3。將光學頻率梳的頻率間隔設置為布里淵頻移的兩倍，則高頻光產(chǎn)生布里淵散 射光，低頻光通過sbs得到放大，然后繼續(xù)向前傳播，再引起布里淵散射，測量距離因此 被延長。利用botdr技術(shù)，測量范圍可達到100km,空間分辨率為20mo2012 年，kwang young song 提出了基于 brillouin dynamic grating（bd

3、r）的光時域反射應 變傳感器的方案4。光路屮同時傳輸泵浦光脈沖和探針光脈沖，兩者偏振方向相互止交， 泵浦光脈沖引起放大的白發(fā)布里淵散射（asbs）,探針光脈沖用來分析光譜。根據(jù) bdg-otdr技術(shù)可得應變量，實驗測得的應變和溫度靈敏度分別為1.37mhz/"£ （0.7299戀），-57.48a/hz/°co分布式測量的空間分辨率為80cm,測的范圍是935m。2012年，haidong gu等人提出利用單模光纖的布里淵頻移進行軸向和徑向應力的測量 方案5。實驗通過botdr技術(shù)，測得布里淵頻移與軸向應力和徑向應力分別呈線性關(guān)系, 靈敏度分別為 0.029 mh

4、z / （0.03448“£）, 0.053mhz/“£ （0.01868/q）。（實驗用 的長度為70m）2012年，valerie voisin等人提出了基于自參考的光子計數(shù)otdr技術(shù)的準分布式fbgs 應變傳感器6。用兩個環(huán)形器使前向光和后向光沿不同路徑傳輸，傳感頭是通過級聯(lián)相同 的低反射率fbgs形成，在后向光的傳輸路徑屮放置濾波器使含有測量信息的波長轉(zhuǎn)換為功 率以便進行檢測。測量時間是1分鐘,最大的誤差是60“£ ,本實驗fbgz間的距離為30cm, 計算得到可級聯(lián)35個fbgso （缺點：通過減小光柵z間的距離來增加空間分辨率，測量距 離受限于光源功

5、率，即長度有限）2013年，m.taki等人提出用周期性脈沖編碼技術(shù)來改善混合raman/fbg光纖傳感器的 性能7。實驗用的傳感頭由一對fbgs組成（寬帶切趾光纖光柵，其中左邊的fbg在 1549.50nm,右邊的fbg在1551.50nm）o拉曼光時域反射和fbg動態(tài)時分復用使噪聲得到 有效降低，提高了傳感范圍的分辨率并能同時測量實時動態(tài)的點應力和分布式的靜態(tài)溫度。 在21km距離處的溫度分辨率為4.3°c,空間分辨率為im,動態(tài)應力分辨率在250hz （pzt 的正弦頻率，用來施加應力）時為77n£/vhz （3.85“£）。2013年，nicolas li

6、nze等人提出了基于偏振的準分布式振動傳感器8。振動引起光纖 雙折射特性的變化，繼而引起光束偏振狀態(tài)的改變，用偏振器將其轉(zhuǎn)變?yōu)楣β实淖兓?，通過 示波器便可得到振動頻率，再根據(jù)頻率的變化獲知結(jié)構(gòu)的健康狀況。該系統(tǒng)可以由6個傳感 器組成，即6對光纖光柵，每對fbgs之間的距離為30cm,傳感器z間的距離沒有限制， 能夠檢測到的頻率能達到1khz。（缺點：振動處于固定狀況，用fft進行光譜分析得到頻 率，但不能得到信號隨時間的變化情況）2012年，zengguang qin等人提出基于相位光時域反射技術(shù)，利用連續(xù)小波變換測量不 穩(wěn)定振動的方案9。通過實時探測建筑、橋梁等振動頻率的情況來對其進行健康監(jiān)

7、測。實 驗所用頻率為500hz至1khz,掃描時間為0.05so最大探測長度與激光脈沖的重復頻率有關(guān),（需滿足脈沖的時間間隔大于脈沖在傳感光纖里來回一次的時間以保證傳感光纖里只有一 個光脈沖）。對于10khz的重復頻率，探測長度約為10km。2012年，wen-hui ding等人提出了基于全固態(tài)光子帶隙光纖的分布式壓力傳感器方案 10o該傳感頭是通過將一段pcf和一段smf熔接而成，pcf未熔接的一端鍍上反射率為 99%的膜，那么光纖熔接點處的包層模便被激發(fā)，引起包層模與芯模z間的干涉，壓力大小 通過測量光譜的波谷高度得到，位置則通過測塑干涉的相位差得到。壓力靈敏度隨著距熔接 點的距離而變化

8、,每增加 lcm 依次為 0.00007,0.00032,0.00013,0.00014,0.00025,0.00017v/psi0 （缺點：分布式測量壓力的范圍小，并且不能同時測量兩個點的壓力，實際應用不大，優(yōu)點: 成本低，易于制造）2011年，bo liu等人提出了基于偏振dbr光纖激光器陣列來同時測量橫向壓力和溫度 的方案11。在edf內(nèi)刻dbr,間距為2cm以便獲得單縱模輸出，光纖的雙折射使得單縱 模分成兩個偏振模，利用偏振拍頻及激光波氏隨壓力和溫度的變化對其進行分別測量。實驗 用了兩個dbr傳感器，第一個的橫向壓力靈敏度為310.51109mhz/n,溫度靈敏度為 0.01102/?

9、/7?/°c，第二個的分別為32.85164mhz/n, 0.01156nm/°c o （缺點：壓力范 圍是0.03n-0.28n,承受范圍小，不適用于實際情況，容易受外界干擾導致誤判斷，級聯(lián)的 傳感器的靈敏度不-致旦有逐漸變小的趨勢，導致測量范圍不大，不能實現(xiàn)大范圍組網(wǎng)測量)2011年，yan-nan tan等人提出了將兩個超短dbr激光器級聯(lián)來進行測量的方案12。 級聯(lián)的兩個超短dbr激光器均工作在具有兩個偏振模式的單縱模狀態(tài)下，傳感頭長度只有 18mm,每個激光器(一個是摻弭，一個是弭鏡共摻)產(chǎn)生一個偏振模拍頻，對應變和溫度 有不同的的頻率響應。通過測量拍頻，在0-1

10、200“£的應變范圍內(nèi)測得應變靈敏度分別為 8.75±004khzl圧(0.11428/), 6.42±0.068khz/“£ (0.1557“£)。該方法的 優(yōu)點是可以通過頻分復用技術(shù)在同一根光纖上復用多個傳感器和解調(diào)方法簡單無需測量絕 對波長值。參考文獻：1 yongkang dong, liang chen, and xiaoyi bao. extending the sensing rang of brillouin optical time-domain analysis combining frequency-division mu

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