分布式光纤传感技术47页PPT
分布式光纤传感技术在管道在线预警系统监测的应用ppt
衣文索
2018年6月
光纤可以测什么？
光纤测量参数包括：
温度 Temperature 应变 Strain 压强 Pressure 振动 Vibration 加速度 Acceleration 流量 Flow 电流 Current ……
strain e1
e2
e1
fiber
Shift (n2-n1)
无应变
应变增大
Distance
Frequency
n1
n2
The Brillouin frequency
马赫泽德系统工作原理
探测器
激光器
环形器 3dB耦合器
环形器 探测器
3dB耦合器
布里渊-马赫泽德系统工作原理
脉冲光
波分复用器
探测器 脉冲激光控制器
分布式光纤传感器的优点
连续分布式测量，无测量盲区 光纤即为传感，“传”、“感”合一 抗电磁干扰，适合在高电压等强电磁场所下监测 本征防爆，适合在易燃、易爆等危险环境下工作 灵敏度高，动态测量范围宽 安装简单 光纤寿命长，后期维护工作量小 尺寸小、重量轻 适合远程传输与监控
光纤背向散射效应
Laser, l0
激光散射
DTS： 基于自发拉曼Raman 散射效应
光纤传感技术(全)
设备故障诊断
通过光纤传感器对设备运行过程中 的振动、温度、压力等参数进行实 时监测，实现故障预警和远程诊断 。
环境监测
在工业生产环境中，光纤传感器可 用于监测气体、液体、固体等环境 参数的变化，确保生产安全。
能源环保领域应用
油气管道监测
光纤传感器可用于油气管道的泄漏监测和定位，提高管道运输的安 全性和环保性。
03
成本
点式光纤传感器成本相对较低，而分布式光 纤传感器成本较高。
05
02
测量范围
点式光纤传感器适用于局部测量，而分布式 光纤传感器可实现大范围、长距离的连续测 量。
04
抗干扰能力
分布式光纤传感器具有较强的抗干扰 能力，能够在复杂环境中稳定工作。
06
选择依据
根据实际测量需求，综合考虑测量精度、范围 、响应速度、抗干扰能力和成本等因素，选择 合适的光纤传感器类型。
和Leabharlann Baidu决方案。
THANKS。
智能家居
在智能家居系统中，光纤传感器 可用于门窗、照明、空调等设备 的自动控制，提高家居生活的舒 适性和安全性。
安全防护
光纤传感器可用于周界安防、入 侵检测等安全防护系统中，实现 对目标区域的实时监测和报警。
05
光纤传感技术发展趋势与挑战
新型材料在光纤传感中应用前景
分布式光纤传感技术
分布式光纤传感技术
瑞利散射是入射光与介质中的微观粒子发生弹性碰撞引起的，散射光的频率与入射光的频率相同。一般采用光时域反射（OTDR ）结构来实现被测量的空间定位。瑞利散射的原理是沿光纤传播的光在纤芯内各点都会有损耗，一部分光沿着与光纤传播方向成180°的方向散射，返回光源。利用分析光纤中后向散射光的方法测量因散射、吸收等原因产生的光纤传输损耗和各种结构缺陷引起的结构性损耗，通过显示损耗与光纤长度的关系来检测外界信号场分布于光纤上的扰动信息。由于瑞利散射属于本征损耗，因此可以作为应变场检测参量的信息载体，提供沿光路全程的单值连续检测信号。
利用光时域反射（OTDR ）原理来实现对空间分布的温度的测量。当窄带光脉冲被注入到光纤中去时，该系统通过测后向散射光强随时间变化的关系来检查光纤的连续性并测出其衰减。入射光经背向散射返回到光纤入射端所需的时间为t ，激光脉冲在光纤中所走过的路程为2L=v*t 。v 是光在光纤中传播的速度，v=c/n ，c 为真空中的光速，n 为光纤的折射率。在t 时刻测量的是离光纤入射端距离为L 处局域的背向散射光。采用OTDR 技术，可以确定光纤处的损耗，光纤故障点、断点的位置。
可以看出，在光纤背向散射谱分布图中，激发线0v 两侧的频谱是成对出现的。在低频一侧频率为0v v -∆的散射光为斯托克斯光Stokes ；在高频的一侧频率为0v v +∆的散射光为反斯托克斯光anti-Stoke ，它们同时包含在拉曼散射和布里渊散射谱中。
光纤中的散射光谱
1. 基于瑞利散射的光纤传感技术原理
分布式光纤传感系统原理（BOTDR）
受激散射图
•布里渊频移
ν
B
=ν
ν(T)为温度相对参考温度有变化时的布里渊频移
激光器, o
散射材料
激光器, o
散射材料
T
To
激光器, o
散射材料
degC
t
光纤
光脉冲
后向散射光
探测光缆单光纤结构(镜式结构)
探测光缆
50
100
150
10.610.5
10.4
10.3
10.2
10.1
0.951.00
1.051.10
s n
c G
z
P o
i t i o ,m
F r e q
u e n
y ,H G a i n
50
100
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10.610.5
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H z
G a i n
全分布式光纤传感技术
拉曼散射
这种散射现象通常发生在由分子组成的纯净介质中，
组成介质的分子是由一定的原子或离子组成的，它 们在分子内部按一定的方式运动（振动或转动）， 分子内部粒子间的这种相对运动将导致感生电偶极 矩随时间的周期性调制，从而可以产生对入射光的 散射作用；在单色光入射的情况下，这将是散射光 的频率相对于入射光发生一定的移动，频移量正好 等于上述调制频率，亦即与散射分子的组成和内部 相对运动规律有关。
Part.2 关于PPP-BOTDA的说明
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Part.2 关于PPP-BOTDA的说明
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分布式光纤传感技术ppt
消防方面
•隧道、地铁、公路和建筑物的火灾监测和报警
——光纤传感器的优势
—
——
DTS
Reyleigh
背向散射光真正的实现沿着光纤的分布式测量
•领先的光时域反射技术
Brilluous
•完全分布式的测量，大大降低误报和漏报率
分布式光纤温度测量系统
分布式光纤温度应变测量系统
火灾监测与报警传送带火灾监测
其他相关：
电力电缆监测
电力电缆
取决于需求，光纤可以安装在电缆内部或外部
电缆管道
电力电缆监测●电缆状态监测
管道泄漏
压力容器
监测外壳温度
更加了解生产状况
在危险环境中安全使用温度可上升到
发电厂监测
分布式光纤传感技术
分布式光纤传感技术
近年来，随着物联网的快速发展，分布式光纤传感技术越来越受到人们的关注。它是一种新型的传感技术，可以大幅度提高光纤传感的灵敏度和距离，实现对物理环境的实时监测和分布式测量。本文将从分布式光纤传感技术的基本原理、优点和应用领域等方面进行详细介绍。
一、分布式光纤传感技术的基本原理
分布式光纤传感技术是利用纤芯中的散射光和弯曲光来实现对物理环境的实时监测和分布式测量的一种技术。采用光纤作为传感器，不仅可以实现具有高灵敏度和高精度的测量，而且可以全方位地对物理环境进行监测。与传统传感技术相比，分布式光纤传感技术具有以下两个特点：
1. 分布式感知：分布式光纤传感技术采用一根连续的光纤，通过对光纤的每一段进行监测和测量，达到对整个传感区域进行实时监测和分布式测量的效果，从而可以得到因信号变化而产生的光纤的相应变化。
2. 时间域分析：分布式光纤传感技术是一种基于时间域反射和
散射的技术，通过光纤中的微小变化来反映被传感物理量的变化。采用这种方法可以实现实时监测和分布式测量，同时还可以根据
散射和反射光的性质得到更高精度的测量结果。
二、分布式光纤传感技术的优点
分布式光纤传感技术具有以下三个优点：
1. 高精度：分布式光纤传感技术可以实现对很小的信号和变化
的测量，能够达到高精度的检测目的。它可以实现对多个物理参
量的同时测量，并从各个方向和位置监测。
2. 长距离：分布式光纤传感技术的传输距离很远，传感器仅需
要一根连续的光纤即可实现全方位的物理参数监测，无需增加其
它传感器或者设备，可以节约大量的成本。
《光纤传感概论》课件
光纤传感概论课件涵盖了光纤传感的基础概念、技术理论基础、实现技术、 发展趋势以及总结。通过此课件，你将了解光纤传感技术的定义、应用、优 点和局限，以及未来的发展方向和应用前景。
一、光纤传感基础概念
光纤传感的定义及应用，光纤传感的分类。
二、光纤传感技术理论基础
光学基础知识，光纤传输特性，光纤传感技术原理，光纤传感系统的组成。
来自百度文库
三、光纤传感实现技术
光纤传感信号采集技术，光纤传感信号处理技术，光纤传感信号传输技术，光纤传感系统的应用实例。
四、光纤传感技术发展趋势
光纤传感技术的发展历程，光纤传感技术的未来发展方向，光纤传感技术的 未来应用前景。
五、总结
光纤传感技术的优点和局限，光纤传感技术在原理、应用和未来发展等方面 的优势和挑战。
光纤传感技术(王友钊)章 (7)
第7章 分布式光纤传感器 入射光经后向散射返回到光纤入射端所需的时间为t， 激光 脉冲在光纤中所走过的路程为2L= v·t。 v是光在光纤中传播的 速度， v=c/n, c为真空中的光速， n为光纤的折射率。 在 t 时刻测量的是离光纤入射端距离为L处局域的后向散射光。 采 用OTDR技术， 可以确定光纤处的损耗及光纤故障点、 断点的位 置。
3
第7章 分布式光纤传感器 第一类是非纯净介质中的光散射， 该散射现象不是介质本 身所固有的， 而是强烈地依赖于掺杂进来的散射中心的性质或 介质本身的纯净度， 其规律主要表现为： 散射光的频率与入射 光的频率相同， 散射光的强度与入射波长成一定关系。 第 二类是纯净介质中的散射， 即使所考虑的介质是由成分相同的 纯物质组成， 其中不含有外来掺杂的质点、 颗粒或结构缺陷等， 仍然有可能产生光的散射现象， 这些散射现象是介质本身所固 有的， 与介质本身的纯净度没有本质上的关系。 属于这类纯净 介质的散射现象有如下几种：
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第7章 分布式光纤传感器
图7-2 光纤中后向散射光的频谱分析 17
第7章 分布式光纤传感器 7.1.2 OTDR
瑞利散射型分布式光纤传感技术和布里渊散射型分布式光纤 传感技术都基于光时域反射(OTDR)技术。 OTDR分布式测量技术 于1975年首先由Barnoski提出。 将光脉冲注入到光纤中， 当光 脉冲在光纤内传输时， 会由于光纤本身的性质、 连接器、 接头、 弯曲或其他类似的事件而产生散射、 反射， 其中一部分的散射光和反射光将经过同样的路径延时返回到 输入端。
基于布里渊散射原理的分布式光纤传感器ppt课件
1）光脉冲宽度和声子寿命
2）光探测器响应时间
3）A/D转换时间
4、测量时间
在BOTDR系统中，为避免后向布里渊散射信号的两次 采样相混，要求两次采样脉冲信号时间间隔必须大于 t=1/f=2L/v，L为传感光纤总长。对于测量布里渊频移 的方式，需要多次测量才能完成一次布里渊频谱的扫 描。设布里渊谱的谱宽为Δ 实现扫频的带通滤波器带 宽为B，则完成一次布里渊谱的扫描需要发射Δ ／B个 光脉冲，为达到规定的信噪比所需叠加平均次数为N， 则测量时间为
图1.1 光纤传感器原理示意图
1.2 分布式光纤传感器分类
基于不同原理的分布式光纤传感器性能对比
注: “——” 表示不可以测量; “……”表示无此参数; “ *”表示仿真
1.3 光纤传感器应用
光纤传感技术的应用研 究主要有以下四大类： 1、光纤层析成像技术 2、智能材料 3、光纤陀螺与惯导系统 4、常规工业工程传感器
四、BOTDR性能分析
1 、信噪比：SNR=10 K为光电检测器的响应度，PS为经光放大器EDFA放大后的布里 渊散射信号的功率，q为电荷电量， 为接收机带宽。 2、温度应变测量精度：