分布式光纤传感技术

光纤温度传感器等。
耦合器
光发送器
信号
光受 光纤 被测对象 5
处理 信器
分布式光纤传感技术
2.根据光受被测对象的调制形式分类
光纤传感是对光波的参量进行调制
EE0c（ otsk） z→可调制参量：E0,,k,tkz
强度调制型光纤传感器
是一种利用被测对象的变化引起敏感元件的折射率、吸收或反 射等参数的变化，而导致光强度变化来实现敏感测量的传感器。
相位调制传感器
其基本原理是利用被测对象对敏感元件的作用，使敏感元件的 折射率或传播常数发生变化，而导致光的相位变化，进而使两 束单色光所产生的干涉效果发生变化，通过检测干涉效果的变 化量来确定光的相位变化量，从而得到被测对象的信息。
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分布式光纤传感技术
根据光受被测对象的调制形式分类
频率调制光纤传感器
4 相关的应用开发也还任重道远
在很多领域，光纤传感技术尚未实现产业化，许多关键 技术仍然停留在实验室样机阶段，距商业化还有一定的 距离。
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分布式光纤传感技术
四 分布式光纤传感技术
利用光波在光纤中传输的特性，可沿光纤长度 方向连续的传感被测量（如温度、压力、应力 和应变等）
光纤既是传感介质，又是被测量的传输介质。
根据市场调查分析公司BusinessCommunicationsCompany
发布的关于光纤传感器的市场报告，从2005年到2011年
，全球光纤传感器（FOS）的整体市场将保持适度增长
态势，预计平均年复合增长率为4.1%，至2011年，全球
产值将达为3.72亿美元。
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分布式光纤传感技术
光纤传感技术的发展
分布式光纤传感技术
出现一些应用光纤传感技术的新型测试系统，如分布式 光纤测温系统、以光纤光栅为主的光纤智能结构；
改造了传统的测试系统，如利用电/光转换和光/电转换 技术以及光纤传输技术，把传统的电子式测量仪表改造 成安全可靠的先进光纤式仪表等。许多特殊场合－核工 业、化工和石油钻探中也都应用了光纤传感系统。
优点：
可在很大的空间范围内连续的进行传感，是其突出 优点。
传感和传光为同一根光纤，传感部分结构简单，使 用方便。
与点式传感器相比，单位长度内信息获取成本大大 降低，性价比高。
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分布式光纤传感器的特征参量
空间分辨率
指分布式光纤传感器对沿光纤长度分布的被测量进 行测量时所能分辨的最小空间距离。
可分为功能型、非功能型和拾光型三大类
根据光受被测对象的调制形式
可分为：强度调制型、相位调制型、偏振调制型、 频率调制型四大类
根据光是否发生干涉
可分为干涉型和非干涉型
根据是否能够随距离的增加连续地监测被测量
可分为分布式和点式
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1.根据光纤在传感器中的作用分类
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功能型（全光纤型）光纤传感器
光纤
SM、PM SM、PM SM、PM
分类
a a a
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非 强度 遮光板遮断光路 位移
MM
b
调制 光纤微弯损耗 振动、压力、加速度、位移 SM
b
型 气体分子吸收 气体浓度
MM
b
干
偏振 法拉第效应 调制 泡克尔斯效应 涉 型 双折射变化
电流、磁场 电场、电压、 温度
SM
b,a
MM
b
SM
b
2.新的传感技术不断出现，促进了相关领域技术的 发展。
例如，光纤传感网络的出现，促进了智能材料和智能结 构的发展；光子晶体光纤用于传感的可能性促进了光子 晶体的发展等。
智能材料是指将敏感元件嵌入被测构件机体和材料中， 从而在构件或材料常规工作的同时实现对其安全运转、 故障等的实时监控。其中，光纤和电导线与多种材料的 有效结合是关键问题之一。
是一种利用单色光射到被测物体上反射回来的光 的频率发生变化来进行监测的传感器。
偏振调制光纤传感器
是一种利用光偏振态变化来传递被测对象信息的 传感器。
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光纤传感器的分类
传感器
干 相位 涉 调制 型型
光学现象
弹光效应 Sagnac效应 电、磁致伸缩
被测量
振动、压力、加速度、位移 角速度 电场、电压、电流、磁场
利用对外界信息具有敏感能力和检测能力的光纤(或特殊光 纤)作传感元件，将“传”和“感”合为一体。
非功能型（或称传光型）光纤传感器
光纤仅起导光作用，只“传”不“感”，对外界信息的“感觉”功 能依靠其他物理性质的功能元件完成。
拾光型光纤传感器
用光纤作为探头，接收由被测对象辐射的光或被其反射、
散射的光。其典型例子如光纤激光多普勒速度计、辐射式
分布式光纤传感技术
分布式光纤传感 技术与应用
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分布式光纤传感技术
内容概要
光纤传感技术简介 光纤传感器的分类 光纤传感技术的发展 分布式光纤传感技术
相位调制型分布式传感器 散射型分布式传感器
分布式光纤传感技术的应用
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分布式光纤传感技术
一 光纤传感技术简介
光纤传感器用光作为敏感信息的载体，用光 纤作为传递敏感信息的媒质。
型
频率 调制
多普勒效应 拉曼散射
速度、流速、振动、加速度 MM
温度
MM
c a
型 布里渊散射
温度、应力
MM
a8
注：MM多模；SM单模；PM偏振保持；a,b,c：功能型、非功能型、拾光型
三 光纤传感技术的发展
1. 进入实用化阶段，逐步形成传感领域的一个新的 分支。
不少光纤传感器以其特有的优点，替代或更新了传统的 测试系统，如光纤陀螺、光纤水听器等；
同时具有光纤及光学测量的特点：
①电绝缘性能好。 ②抗电磁干扰能力强。 ③非侵入性。 ④高灵敏度。 ⑤容易实现对被测信号的远距离监控。
光纤传感器可测量位移、速度、加速度、液 位、应变、压力、流量、振动、温度、电流 、电压、磁场等物理量
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分布式光纤传感技术
二 光纤传感器的分类
根据光纤在传感器中的作用
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光纤传感技术的发展
埋入了六根光 纤的纺织品
分布式光纤传感技术
这是一件嵌入了光
纤和电导ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ的背心，
能够感知环境温度
及化学成分的变化，
用于医学和军事应
用。
智能背心
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分布式光纤传感技术
光纤传感技术的发展
3 原理性研究仍处于重要位置
由于很多光纤传感器的开发是以取代当前已被广泛采用 的传统机电传感系统为目的，所以尽管光纤传感器具有 诸多优势，其市场渗透所面临的困难和挑战仍很巨大。 而那些具有前所未有全新功能的光纤传感器则在竞争中 占有明显优势。