如何理解分布式光纖傳感器？

分布式光纖傳感器由連續(xù)分布的等長度的光纖傳感單元組成，相臨的傳感單元之間沒有間距。從分布式光纖傳感器能獲得整根光纖上的應(yīng)變、溫度、壓力等信息，可解決目前測量領(lǐng)域的眾多難題，是目前最熱門的傳感器之一。我們可以從三個方面來理解分布式光纖傳感器。

一

光纖傳感器

光纖傳感器顧名思義是光纖作為傳感器，其工作原理是光源輸出光經(jīng)光纖進入光纖調(diào)制區(qū)，在外界施加的應(yīng)力、應(yīng)變或溫度的相互下，引起光學(xué)參數(shù)（如光信號的強度、相位和頻譜）變化，形成被調(diào)制的信號光，被光探測器接收。光信息經(jīng)過解調(diào)，可獲得被測參數(shù)的值，如應(yīng)變、溫度、位移、形變和壓力等。

光纖傳感器具有光纖及光學(xué)測量的特點和優(yōu)勢，比如尺寸小、重量輕、耐腐蝕、易布設(shè)、無源傳感、抗電磁干擾、傳感精度高等。光纖傳感器作為一種新型傳感器，具有替代傳統(tǒng)各類傳感器的潛力和廣闊的應(yīng)用場景。

二

理解分布式

分布式光纖傳感器由連續(xù)分布的等長度的光纖傳感單元組成，相臨的傳感單元之間沒有間距，因此分布式光纖傳感器能獲得整根光纖上各傳感段的應(yīng)變、溫度的分布信息。分布式光纖傳感器的最大特點是傳感點多、傳感器密度高且無盲區(qū)。

為了更好理解分布式，引入了空間分辨率的概念。我們把一根光纖沿長度方向劃分為等長度的連續(xù)的光纖段，其中最小的光纖段作為一個傳感單元，稱為傳感空間分辨率。不同分布式光纖傳感器的解調(diào)技術(shù)，可獲得的空間分辨率有差異。

另外，分布式光纖傳感器與準(zhǔn)分布式光纖傳感器容易混淆。在光纖上刻制光柵，多個光纖光柵（FBG）串聯(lián)組成的傳感器陣列可稱作準(zhǔn)分布式光纖傳感器，每個FBG就是一個傳感單元，如上圖所示。除了傳感器的解調(diào)技術(shù)有較大差異外，與分布式最大區(qū)別在于，傳感器之間有間距、存在監(jiān)測盲區(qū)。

三

分布式光纖傳感器的解調(diào)

分布式光纖傳感器的解調(diào)技術(shù)常見有：光纖拉曼散射、光纖布里淵散射和光纖瑞利散射。分布式光纖傳感器的工作原理是基于上述光纖散射原理，采用先進的光時域反射（OTDR）技術(shù)或光頻域反射（OFDR）技術(shù)，通過探測分布式光纖中每一段的散射效應(yīng)，解調(diào)其中的光信號來表征當(dāng)前位置的應(yīng)變、溫度和振動等特性。具體的分布式光纖傳感器解調(diào)技術(shù)主要有四種，簡單對比見表1。

表1分布式光纖傳感解調(diào)技術(shù)對比

拉曼散射主要用于測溫，布里淵散射用于測量溫度和應(yīng)變，瑞利散射可以用于測量溫度和應(yīng)變或振動?；贠TDR的分布式光纖傳感技術(shù)，通常測量長度在幾十km，空間分辨率在m量級，基于OFDR的分布式光纖傳感技術(shù)，空間分辨率可以提升到cm、甚至mm量級。目前基于這些技術(shù)的設(shè)備，國內(nèi)都有成熟的商用產(chǎn)品。