分布式光纖傳感技術(shù)(DOFS)采用光纖做傳感介質(zhì)和傳輸信號介質(zhì),通過測量光纖中特定散射光的信號來反映光纖自身或所處環(huán)境的應(yīng)變或溫度的變化,一根光纖可實現(xiàn)成百上千傳感點的分布式傳感測量。因光纖具有尺寸小、重量輕、耐腐蝕、抗輻射抗電磁干擾、方便布設(shè)等特點,分布式光纖傳感技術(shù)具有傳統(tǒng)傳感器不可比擬的優(yōu)勢,吸引了不少科研工作者和眾多廠家的關(guān)注,目前,國內(nèi)外都推出了商用化的分布式光纖傳感測量系統(tǒng),廣泛應(yīng)用到各個領(lǐng)域。
分布式光纖傳感技術(shù)從光纖中光的散射原理可分為以下三類:基于瑞利散射的分布式光纖傳感技術(shù),基于布里淵散射的分布式光纖傳感技術(shù)和基于拉曼散射的分布式光纖傳感技術(shù);從光學(xué)信號測試方法的不同又可分為兩類:光時域反射技術(shù)(OTDR)和光頻域反射技術(shù)(OFDR)。三種散射原理的設(shè)備都有OTDR技術(shù)的儀器和OFDR技術(shù)的儀器,各類原理的分布式光纖傳感儀的對比見下表。
分布式光纖傳感儀的分類與對比
目前應(yīng)用于光通信領(lǐng)域的OTDR技術(shù)非常成熟,攜式產(chǎn)品國內(nèi)外廠家眾多,產(chǎn)品在光纖鏈路診斷中廣泛應(yīng)用,但受限于探測光脈沖寬度,其空間分辨率與動態(tài)范圍有限,測試中有盲區(qū),難以滿足較大動態(tài)范圍和較高空間分辨率的應(yīng)用領(lǐng)域,不適用于高精度測量領(lǐng)域。OFDR技術(shù)恰好彌補(bǔ)了上述不足,具有超高空間分辨率,非常適合高精度高分辨率領(lǐng)域的測量。如在光通信領(lǐng)域,可在待測光纖鏈路中輕松查找判別宏彎、接頭、連接點和斷點,精準(zhǔn)測量插損、回?fù)p。技術(shù)同時還可以應(yīng)用于溫度與應(yīng)變傳感領(lǐng)域,在分布式溫度應(yīng)變測量中,空間分辨率可達(dá)1mm,傳感精度最高可達(dá)±0.1℃±1.0με。
拉曼散射主要用于測溫,一般測量范圍在10公里量級,分辨率在米量級,測溫精度可達(dá)1℃。布里淵散射的BOTDR、BOTDA及BOFDA技術(shù),測量范圍可達(dá)到幾十公里,空間分辨率約0.5m,其中BOFDA技術(shù)最高能實現(xiàn)2cm的空間分辨率,但布里淵散射原理的系統(tǒng)整個裝置非常復(fù)雜,測量時間較長。