昊衡科技：如何理解分布式光纤传感器？

10/13/2022，光纤在线讯，分布式光纤传感器由连续分布的等长度的光纤传感单元组成，相临的传感单元之间没有间距。从分布式光纤传感器能获得整根光纤上的应变、温度、压力等信息，可解决目前测量领域的众多难题，是目前最热门的传感器之一。我们可以从三个方面来理解分布式光纤传感器。
一、光纤传感器

光纤传感器顾名思义是光纤作为传感器，其工作原理是光源输出光经光纤进入光纤调制区，在外界施加的应力、应变或温度的相互下，引起光学参数（如光信号的强度、相位和频谱）变化，形成被调制的信号光，被光探测器接收。光信息经过解调，可获得被测参数的值，如应变、温度、位移、形变和压力等。



光纤传感器具有光纤及光学测量的特点和优势，比如尺寸小、重量轻、耐腐蚀、易布设、无源传感、抗电磁干扰、传感精度高等。光纤传感器作为一种新型传感器，具有替代传统各类传感器的潜力和广阔的应用场景。

二、理解分布式

分布式光纤传感器由连续分布的等长度的光纤传感单元组成，相临的传感单元之间没有间距，因此分布式光纤传感器能获得整根光纤上各传感段的应变、温度的分布信息。分布式光纤传感器的最大特点是传感点多、传感器密度高且无盲区。



为了更好理解分布式，引入了空间分辨率的概念。我们把一根光纤沿长度方向划分为等长度的连续的光纤段，其中最小的光纤段作为一个传感单元，称为传感空间分辨率。不同分布式光纤传感器的解调技术，可获得的空间分辨率有差异。



另外，分布式光纤传感器与准分布式光纤传感器容易混淆。在光纤上刻制光栅，多个光纤光栅（FBG）串联组成的传感器阵列可称作准分布式光纤传感器，每个FBG就是一个传感单元，如上图所示。除了传感器的解调技术有较大差异外，与分布式最大区别在于，传感器之间有间距、存在监测盲区。

三、分布式光纤传感器的解调

分布式光纤传感器的解调技术常见有：光纤拉曼散射、光纤布里渊散射和光纤瑞利散射。分布式光纤传感器的工作原理是基于上述光纤散射原理，采用先进的光时域反射（OTDR）技术或光频域反射（OFDR）技术，通过探测分布式光纤中每一段的散射效应，解调其中的光信号来表征当前位置的应变、温度和振动等特性。具体的分布式光纤传感器解调技术主要有四种，简单对比见表1。

表1 分布式光纤传感解调技术对比



拉曼散射主要用于测温，布里渊散射用于测量温度和应变，瑞利散射可以用于测量温度和应变或振动。基于OTDR的分布式光纤传感技术，通常测量长度在几十km，空间分辨率在m量级，基于OFDR的分布式光纤传感技术，空间分辨率可以提升到cm、甚至mm量级。目前基于这些技术的设备，国内都有成熟的商用产品。

昊衡科技

一家集研发、生产、销售于一体的高科技公司，专业从事工业级自校准光学测量与传感技术开发，也是一家实现OFDR技术商用化的公司。
目前，昊衡科技已推出多款高精度高分辨率产品，主要应用于光学链路诊断、光学多参数测量、高精度分布式光纤温度和应变传感测试。已与全球多个国家和地区企业建立良好的合作关系，并取得诸多成果。
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