分布式光纤传感系统介绍26页PPT

分布式光纤传感系统的关键技术’2
•
光纤传感技术及传感器封装技术
通过光纤传感光路的设计，实现光信号的稳定性 和信号解调的可靠性，并设计合理的封装结构保 证光纤传感不受环境变化的影响，提高传感系统 的可靠性，要解决以下问题：
―
选择合理搭配的光学器件，降低光学损耗和色散。
―
―
设计合理的光路结构，实现合理的光学解调方案，并 保证光学系统工作的可靠性。
• 分组计划
按工作任务分成四个小组 – 激光光源驱动电路设计组：光源设计 – 光纤传感链路及传感器封装设计组：光路设计 – 光电转换与信号采集电路设计组，含A/D转换 与数据存储：信号采集 – 数字信号处理与信号解调组：信号处理 – 系统主机结构设计：信号采集组负责
分布式光纤传感系统的研究计划’2
• 任务计划（光源设计组与信号采集组）
– 完成设计指标分析 – 完成电路设计原理分析与成本核算 – 完成电路原理图设计与分析 – 完成电路PCB和系统机械结构的设计与分析 – 完成PCBA和系统机械件的加工 – 完成PCBA的调试 – 参与系统调试与系统优化
分布式光纤传感系统的研究计划’3
• 任务计划’2（光路设计组）
分布式光纤传感系统的关键技术’5
― A/D转换的精度； ― A/D转换的参考电源的稳定性； ― 采集数据的存储与传输速率。
1、每完成一次完整的测试，要对5千个点做2 个（stokes和 anti-stokes）采样，每个点要采样20万次，因此，一次测试 完成后的数据量为： N＝2 ×5 ×103 ×2 × 105=2G(字节）＝16G（比特） 2、数据传输要求在20s的时间内完成数据传输和处理，则 要求的数据传输 为： V=N/20=16G/20=800 (Mbps)

光导纤维的主要参数

1. 数值孔径（NA）
2. 光纤模式
3. 传播损耗
返返 回回
上一页 上一页
下一页 下一页
1. 数值孔径（NA）
2 NA sin i n12 n2

反映纤芯接收光量的多少，标志光纤接收性能。
意义：无论光源发射功率有多大，只有 2θi 张角 之内的光功率能被光纤接受传播。
差动式膜片反射型光纤压力传感器
1．输出光纤
2．输入光纤
3．输出光纤
4．胶
5．膜片
I 2 1 Ap A―常数； 两束输出光的光强之比 I 1 1 Ap p―待测量压力
输出光强比I2/I1与膜片的反射率、光源强度等因素均无关
返 回 上一页 下一页
将上式两边取对数，在满足(Ap)2≤1时，得到
传感器的固有频率可表示为
2.56t gE fr p 2 2 R 3 (1 )
式中, ρ――膜片材料的密度； g――重力加速度。 结构简单、体积小、使用方便， 光源不够稳定或长期使用后膜片的反射率有所下降，
其精度就要受到影响。
返
回
上一页
下一页

The most commonly used type of fiberoptic sensor is an intensity sensor, where light intensity is modulated by an external stimulus
光纤传感器强度调制
非 干 涉 型
光纤传感器偏振调制
光纤传感器频率调制
注：MM——多模光纤；SM——单模光纤；PM——偏振保持光纤
返 回 上一页 下一页

Presents the real time event data to the operator in a clear and intuitive manner where classified alerts are shown on a map display with location coordinates.
20
BOTDR应变测量原理图
➢ 布里渊频移与温度和应变的线性关系。
图12 BOTDR应变测量原理图
图11 布里渊频移与温度、应力的线性完关整系编辑ppt
21
BOTDR结构图
➢ 布里渊光时域反射技术利用了自发布里渊散射， 与传统OTDR系统技术类似，其结构如图4。布里 渊信号比瑞利信号约小两个数量级，检测比较困 难，故使用部分本地光与散射光混频的相干接收 机测量背向散射。
完整编辑ppt
8
φ-OTDR扰动定位
➢ φ-OTDR灵敏度高并且可以实现多点扰动定位，但 是由于对激光器线宽要求很高(kHz)，导致成本很 高。
图4 φ-完O整T编D辑Rp扰pt 动定位
9
COTDR相干检测扰动定位
➢ 通过相干检测技术可以大幅度提高φ-OTDR的信噪 比，通过相干技术实现φ-OTDR解调的方法叫做 COTDR，其系统搭建图如下所示。
➢ 分布式传感主要是后向散射类传感，这又包括时 域和频域分析，本报告主要讨论时域散射类传感。
完整编辑ppt
2
光纤中的散射信号
光纤中的散射信号主要包括三类： ➢ 瑞利散射，由折射率起伏引起； ➢ 拉曼散射，由光学声子引起； ➢ 布里渊散射，由声学声子引起。 其散射光谱图入下：
图1 散完射整编光辑谱ppt图
完整编辑ppt
17

03Leabharlann 交通用于监测高速公路、 铁路和桥梁的结构健 康，确保交通安全。
04
环保
用于监测土壤、水和 空气的质量，以及污 染源的定位。
分布式光纤传感器的优势与局限性
优势 同时测量沿光纤分布的温度和应变等物理量； 高精度、高灵敏度和高分辨率；
分布式光纤传感器的优势与局限性
测量距离长，可实现连续监测； 耐腐蚀、抗电磁干扰和本征安全。
分布式光纤传感器的成本和稳定性问题也需要得到解决，以便更好地推广和应用。
分布式光纤传感器与其他传感器的集成和协同工作需要进一步研究，以提高监测系 统的整体性能和稳定性。
对未来研究和应用的建议
鼓励产学研合作，加强分布式 光纤传感器技术的研发和应用 研究，推动技术进步和产业发
展。
加强国际合作与交流，借鉴 国外先进技术和发展经验， 提高我国分布式光纤传感器
技术的国际竞争力。
鼓励企业加大投入，推动分布 式光纤传感器技术的商业化应 用，拓展应用领域和市场空间
。
THANKS
感谢观看
开发新型分布式光纤传感器技术
新材料
探索新型的光纤材料和光学器件，以 提高分布式光纤传感器的性能和功能 。
新原理
研究新的分布式光纤传感原理和技术 ，以拓展其应用领域和解决现有技术 的局限性。
05
结论
Chapter
分布式光纤传感器的重要性和应用前景
分布式光纤传感器在长距离、大范围监测中具 有明显优势，可广泛应用于石油、天然气、电 力等行业的安全监测和预警系统。
预警系统
利用分布式光纤传感器监测建筑物周围的环境变化，如地震、风力和 温度等，及时发出预警，预防潜在的自然灾害和人为破坏。
04

5、教导儿童服从真理、服从集体，养 成儿童 自觉的 纪律性 ，这是 儿童道 德教育 最重要 的部分 。—— 陈鹤琴
61、奢侈是舒适的，否之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
分布式光纤传感技术原理及其应用详 解
1、纪律是管理关系的形式。——阿法 纳西耶 夫 2、改革如果不讲纪律，就难以成功。
3、道德行为训练，不是通过语言影响 ，而是 让儿童 练习良 好道德 行为， 克服懒 惰、轻 率、不 守纪律 、颓废 等不良 行为。 4、学校没有纪律便如磨房里没有水。 ——夸 美纽斯
谢谢！

分布式光纤传感系统原理
T0时布里渊散射图
激光器, o
T = To
散射材料
分布式光纤传感系统原理
T1时的布里渊频移
激光器, o
T = T1 > To
散射材料
分布式光纤传感系统原理
T2时的布里渊频移
T = T2 > T1 > To
激光器, o
散射材料
分布式光纤传感系统原理
Brillouin 增益, x 10 -11 m/W 不同频率, GHz
Position,
m
全增益谱（频率反应）
150m 光纤
热点
Gain
1.10
1.05
1.00
Frequen1c0y.3,
10.4
GHz
10.5
10.6 0
150
50
100
Position,
m
全增益谱（频率反应）
增益
波长扫描
波长, GHz
距离, km
DiTeSt-STA201 系统结构
EDFA
DFB Laser
E/O Modulator
Control DSP Card
High speed Data
Acquisition
Optical Filter
1x2 optical switch
Optical Port 1
Optical Port 2
Touchscreen Panel PC
Database
布里渊分布式传感器
Omnisens 探测技术:
• 基于 probe signal 的技术（用于波长的控制与扫描）
波长扫描后记录探测强度
DiTeSt 测试系统

谢谢！
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
分布式光纤传感器
•
6、黄金时代是在我们的前面，而不在 我们的 后面。
•
7、心急吃不了热汤圆。
•Leabharlann 8、你可以很有个性，但某些时候请收 敛。
•
9、只为成功找方法，不为失败找借口 (蹩脚 的工人 总是说 工具不 好)。
•
10、只要下定决心克服恐惧，便几乎 能克服 任何恐 惧。因 为，请 记住， 除了在 脑海中 ，恐惧 无处藏 身。-- 戴尔． 卡耐基 。