分布式光纖傳感原理課件

準(zhǔn)分布式光纖傳感原理將呈一定空間分布的相同類型的光纖傳感器耦合到一根或多根光纖總線上，通過尋址、解調(diào)，檢測出被測量的大小及空間分布，光纖總線僅起傳光作用。尋址方式時分復(fù)用（TDM-TimeDivisionMultiplex)波分復(fù)用（WDM-WavelengthDivisionMultiplex)偏分復(fù)用（PDM-PolarizationDivisionMultiplex)空分復(fù)用（SDM-SpaceDivisionMultiplex)頻分復(fù)用（FDM-FrequencyDivisionMultiplex)準(zhǔn)分布式光纖傳感原理將呈一定空間分布的相同類型的光纖傳感器耦1時分復(fù)用（TDM）光纖對光波的延遲效應(yīng)來尋址脈寬小于光纖總線上相鄰傳感器的傳輸時間光纖總線輸入端注入，各傳感器距光脈沖發(fā)射端距離不同。接收到每個脈沖對應(yīng)一個傳感器，延時對應(yīng)地址光脈沖變化量反映該點被測量的大小時分復(fù)用（TDM）光纖對光波的延遲效應(yīng)來尋址2時分復(fù)用示意圖時分復(fù)用示意圖3光時域反射（OTDR）技術(shù)OpticalTimeDomainReflectometry光時域反射（OTDR）技術(shù)OpticalTimeDoma4散射型光纖傳感器利用背向瑞利散射——OTDR利用布里淵散射——B-OTDR利用拉曼散射——R-OTDR散射型光纖傳感器利用背向瑞利散射——OTDR5光纖中的背向散射光分析斯托克斯光反斯托克斯光6光纖中的背向散射光分析斯托克斯光反斯托克斯光66光學(xué)聲子光學(xué)聲子7利用OTDR技術(shù)測量光纖沿線背向反射光功率的結(jié)果利用OTDR技術(shù)測量光纖沿線背向反射光功率的結(jié)果8衰減系數(shù)衰減系數(shù)9基于瑞利散射的傳感系統(tǒng)后向散射入射光脈沖光源檢測器基于瑞利散射的傳感系統(tǒng)后向散射入射光脈沖光源檢測器10基于拉曼散射的分布式光纖傳感技術(shù)斯托克斯光與反斯托克斯光的強度比和溫度關(guān)系：Anti-stokes光強會隨溫度變化。Stokes光強與溫度無關(guān)其中a為與溫度相關(guān)的系數(shù)優(yōu)點：兩個光強之比，與光源強度無關(guān)，因此光纖老化，損耗，仍可保證測溫精度。基于拉曼散射的分布式光纖傳感技術(shù)斯托克斯光與反斯托克斯光的強11傳感器系統(tǒng)測溫區(qū)域Raman散射光兩個濾波器光纖中自發(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量，其結(jié)果消除了光源波動、光纖彎曲等因素的影響，只與沿光纖的溫度場有關(guān)，因此可長時間保證測溫精度。傳感器系統(tǒng)測溫區(qū)域Raman散射光兩個濾波器光纖中自發(fā)拉曼12基于布里淵散射的分布式光纖傳感技術(shù)BOTDR系統(tǒng)從一端輸入泵浦脈沖，在同一端檢測返回信號的中心波長和功率。使用方便，但自發(fā)布里淵散射信號很微弱，檢測困難。在BOTDA中，處于光纖兩端的可調(diào)諧激光器分別將一脈沖光（泵浦光）與一連續(xù)光（探測光）注入傳感光纖。利用受激布里淵散射效應(yīng)，散射光強度更強13基于布里淵散射的分布式光纖傳感技術(shù)BOTDR系統(tǒng)從一端輸入泵13BOTDR——定位原理14BOTDR——定位原理1414幾種散射式傳感技術(shù)的比較應(yīng)用場合優(yōu)點缺點OTDR斷點、損傷檢測連續(xù)顯示衰減情況有盲區(qū)BOTDR應(yīng)力、溫度測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、溫度測量精度和分辨率高，大動態(tài)范圍系統(tǒng)復(fù)雜；兩端測量；不能檢測斷點；交叉干擾ROTDR溫度較高測溫精度返回的信號弱，大功率光源15幾種散射式傳感技術(shù)的比較應(yīng)用場合優(yōu)點缺點OTDR斷點、損傷檢15波分復(fù)用（WDM）通過光纖總線上各傳感器的調(diào)制信號的特征波長來尋址。寬帶光束注入光纖，各個傳感器的特征波長不同，通過濾波系統(tǒng)求出被測信號的大小和位置波分復(fù)用（WDM）通過光纖總線上各傳感器的調(diào)制信號的特征波長16波分復(fù)用示意圖波分復(fù)用示意圖17分布式光纖傳感原理課件18FBG傳感器在隧道

錨桿支護結(jié)構(gòu)監(jiān)測的應(yīng)用研究FBG傳感器在隧道

錨桿支護結(jié)構(gòu)監(jiān)測的應(yīng)用研究19頻分復(fù)用和空分復(fù)用將多個光源調(diào)制在不同的頻率上，經(jīng)過各分立的傳感器后匯集在光纖總線上，每個傳感器的信息包含在總線信號中的對應(yīng)頻率上?？辗謴?fù)用是將各個傳感器的接受光纖的終端按空間位置編碼，通過掃描機構(gòu)控制選通光開光選址。頻分復(fù)用和空分復(fù)用將多個光源調(diào)制在不同的頻率上，經(jīng)過各分立的20分布式光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用21分布式光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用2121分布式光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用——周界防護光纜傳感監(jiān)控系統(tǒng)工程施工實例22分布式光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用——周界防護光纜傳感監(jiān)控系統(tǒng)工程施工22分布式光纖傳感技術(shù)用于航空領(lǐng)域的多參量監(jiān)測太空飛船X-38的再入式實驗飛行器（NASA圖片）傳感器布測區(qū)域b.分布式應(yīng)力傳感方案輸出信號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分布輸入信號埋入光纖應(yīng)力傳感元輸入信號輸出信號光纖監(jiān)測網(wǎng)損傷探測23光纖蒙皮分布式光纖傳感技術(shù)用于航空領(lǐng)域的多參量監(jiān)測太空飛船X-38的23分布式光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用——管道泄露監(jiān)測24分布式光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用——管道泄露監(jiān)測2424各種分布式光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用傳感原理傳感監(jiān)測量應(yīng)用領(lǐng)域B-OTDR應(yīng)力，溫度管道泄露監(jiān)測，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測等R-OTDR溫度油氣油井里溫度分布監(jiān)測、管道泄露監(jiān)測等M-Z微振動周界防護等Sagnac較有規(guī)律的微振動氣體管道泄露監(jiān)測、周界防護等25各種分布式光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用傳感原理傳感監(jiān)測量應(yīng)用領(lǐng)域B-O25分布式光纖傳感原理課件26分布式光纖傳感原理課件27分布式光纖傳感原理課件28分布式光纖傳感原理課件29分布式光纖傳感原理課件30分布式光纖傳感原理課件31準(zhǔn)分布式光纖傳感原理將呈一定空間分布的相同類型的光纖傳感器耦合到一根或多根光纖總線上，通過尋址、解調(diào)，檢測出被測量的大小及空間分布，光纖總線僅起傳光作用。尋址方式時分復(fù)用（TDM-TimeDivisionMultiplex)波分復(fù)用（WDM-WavelengthDivisionMultiplex)偏分復(fù)用（PDM-PolarizationDivisionMultiplex)空分復(fù)用（SDM-SpaceDivisionMultiplex)頻分復(fù)用（FDM-FrequencyDivisionMultiplex)準(zhǔn)分布式光纖傳感原理將呈一定空間分布的相同類型的光纖傳感器耦32時分復(fù)用（TDM）光纖對光波的延遲效應(yīng)來尋址脈寬小于光纖總線上相鄰傳感器的傳輸時間光纖總線輸入端注入，各傳感器距光脈沖發(fā)射端距離不同。接收到每個脈沖對應(yīng)一個傳感器，延時對應(yīng)地址光脈沖變化量反映該點被測量的大小時分復(fù)用（TDM）光纖對光波的延遲效應(yīng)來尋址33時分復(fù)用示意圖時分復(fù)用示意圖34光時域反射（OTDR）技術(shù)OpticalTimeDomainReflectometry光時域反射（OTDR）技術(shù)OpticalTimeDoma35散射型光纖傳感器利用背向瑞利散射——OTDR利用布里淵散射——B-OTDR利用拉曼散射——R-OTDR散射型光纖傳感器利用背向瑞利散射——OTDR36光纖中的背向散射光分析斯托克斯光反斯托克斯光37光纖中的背向散射光分析斯托克斯光反斯托克斯光637光學(xué)聲子光學(xué)聲子38利用OTDR技術(shù)測量光纖沿線背向反射光功率的結(jié)果利用OTDR技術(shù)測量光纖沿線背向反射光功率的結(jié)果39衰減系數(shù)衰減系數(shù)40基于瑞利散射的傳感系統(tǒng)后向散射入射光脈沖光源檢測器基于瑞利散射的傳感系統(tǒng)后向散射入射光脈沖光源檢測器41基于拉曼散射的分布式光纖傳感技術(shù)斯托克斯光與反斯托克斯光的強度比和溫度關(guān)系：Anti-stokes光強會隨溫度變化。Stokes光強與溫度無關(guān)其中a為與溫度相關(guān)的系數(shù)優(yōu)點：兩個光強之比，與光源強度無關(guān)，因此光纖老化，損耗，仍可保證測溫精度?；诶⑸涞姆植际焦饫w傳感技術(shù)斯托克斯光與反斯托克斯光的強42傳感器系統(tǒng)測溫區(qū)域Raman散射光兩個濾波器光纖中自發(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量，其結(jié)果消除了光源波動、光纖彎曲等因素的影響，只與沿光纖的溫度場有關(guān)，因此可長時間保證測溫精度。傳感器系統(tǒng)測溫區(qū)域Raman散射光兩個濾波器光纖中自發(fā)拉曼43基于布里淵散射的分布式光纖傳感技術(shù)BOTDR系統(tǒng)從一端輸入泵浦脈沖，在同一端檢測返回信號的中心波長和功率。使用方便，但自發(fā)布里淵散射信號很微弱，檢測困難。在BOTDA中，處于光纖兩端的可調(diào)諧激光器分別將一脈沖光（泵浦光）與一連續(xù)光（探測光）注入傳感光纖。利用受激布里淵散射效應(yīng)，散射光強度更強44基于布里淵散射的分布式光纖傳感技術(shù)BOTDR系統(tǒng)從一端輸入泵44BOTDR——定位原理45BOTDR——定位原理1445幾種散射式傳感技術(shù)的比較應(yīng)用場合優(yōu)點缺點OTDR斷點、損傷檢測連續(xù)顯示衰減情況有盲區(qū)BOTDR應(yīng)力、溫度測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、溫度測量精度和分辨率高，大動態(tài)范圍系統(tǒng)復(fù)雜；兩端測量；不能檢測斷點；交叉干擾ROTDR溫度較高測溫精度返回的信號弱，大功率光源46幾種散射式傳感技術(shù)的比較應(yīng)用場合優(yōu)點缺點OTDR斷點、損傷檢46波分復(fù)用（WDM）通過光纖總線上各傳感器的調(diào)制信號的特征波長來尋址。寬帶光束注入光纖，各個傳感器的特征波長不同，通過濾波系統(tǒng)求出被測信號的大小和位置波分復(fù)用（WDM）通過光纖總線上各傳感器的調(diào)制信號的特征波長47波分復(fù)用示意圖波分復(fù)用示意圖48分布式光纖傳感原理課件49FBG傳感器在隧道

錨桿支護結(jié)構(gòu)監(jiān)測的應(yīng)用研究FBG傳感器在隧道

錨桿支護結(jié)構(gòu)監(jiān)測的應(yīng)用研究50頻分復(fù)用和空分復(fù)用將多個光源調(diào)制在不同的頻率上，經(jīng)過各分立的傳感器后匯集在光纖總線上，每個傳感器的信息包含在總線信號中的對應(yīng)頻率上?？辗謴?fù)用是將各個傳感器的接受光纖的終端按空間位置編碼，通過掃描機構(gòu)控制選通光開光選址。頻分復(fù)用和空分復(fù)用將多個光源調(diào)制在不同的頻率上，經(jīng)過各分立的51分布式光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用52分布式光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用2152分布式光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用——周界防護光纜傳感監(jiān)控系統(tǒng)工程施工實例53分布式光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用——周界防護光纜傳感監(jiān)控系統(tǒng)工程施工53分布式光纖傳感技術(shù)用于航空領(lǐng)域的多參量監(jiān)測太空飛船X-38的再入式實驗飛行器（NASA圖片）傳感器布測區(qū)域b.分布式應(yīng)力傳感方案輸出信號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分布輸入信號埋入光纖應(yīng)力傳感元輸入信號輸出信號光纖監(jiān)測網(wǎng)損傷探測54光纖蒙皮分布式光纖傳感技術(shù)用于航空領(lǐng)域的多參量監(jiān)測太空飛船X-38的54分布式光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用——管道泄露監(jiān)測55分布式光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用——管道泄露監(jiān)測2455各種分布式