基于光频域布里渊散射的全分布式光纤应变传感器的
布里渊散射分布式光纤传感器综述
基于布里渊散射的分布式光纤传感器综述一引言光纤传感器具有无辐射干扰、抗电磁干扰性好、化学稳定性好等优点，受到越来越多的重视。
其中分布式光纤传感器（DOFS）不仅具有一般光纤传感器的优点，而且可以在沿光纤的路径上同时得到被测量场在时间和空间上的连续分布信息。
能做到对大型基础工程设施的每一个部位都象人的神经系统一样进行远程监控。
因此具有广范的应用前景，在民用和国防诸如城市煤气管道、城市输电/通信缆线、海底输油气管道、海底电缆、水库水坝、桥梁、隧道、高速公路、大型设施等建筑物的应力温度检测方面有独特的优势，因此受到越来越多的重视。
由于分布式光纤传感器具有其它传感技术无法比拟的优点，因此成为目前传感技术研究领域的热点之一。
目前对它的研究主要集中在以下三个方面：（1） 基于瑞利散射的分布式光纤传感技术；（2） 基于拉曼散射的分布式光纤传感技术；（3） 基于布里渊散射的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所引起的，散射光的频率与入射光的频率相同．在利用后向瑞利散射的光纤传感技术中，一般采用光时域反射（OTDR）结构来实现被测量的空间定位，基于瑞利散射的研究已经趋于成熟, 并逐步走向实用化。
基于后向瑞利散射的传感技术是现代分布式光纤传感技术的基础，它在80年代初期得到了广泛的发展．然而由于该技术难以克服测量精度低、传感距离短的缺陷，目前在这方面的研究已鲜有报道．拉曼散射DOFS利用的是光纤中的自发拉曼散射光，信号微弱，较自发布里渊散射信号约低一个数量级，因此传感性能较低且难以实现几十公里以上的长距离传感；另外拉曼散射只对温度敏感，难以用于地质、建筑结构等的健康检测。
而光纤的布里渊散射对温度和应变都敏感，通过检测来自传感光纤的布里渊散射光的频移和强度，布里渊散射DOFS得到沿光纤分布的温度或应变信息；并且工作于1.55μm波长附近的布里渊散射DOFS，光信号受到的衰减和色散较小，从而使得布里渊散射DOFS适合于长距离（大于几十千米）分布式传感。
布里渊散射分布式光纤传感器综述
基于布里渊散射的分布式光纤传感器综述一引言光纤传感器具有无辐射干扰、抗电磁干扰性好、化学稳定性好等优点，受到越来越多的重视。
其中分布式光纤传感器（DOFS）不仅具有一般光纤传感器的优点，而且可以在沿光纤的路径上同时得到被测量场在时间和空间上的连续分布信息。
能做到对大型基础工程设施的每一个部位都象人的神经系统一样进行远程监控。
因此具有广范的应用前景，在民用和国防诸如城市煤气管道、城市输电/通信缆线、海底输油气管道、海底电缆、水库水坝、桥梁、隧道、高速公路、大型设施等建筑物的应力温度检测方面有独特的优势，因此受到越来越多的重视。
由于分布式光纤传感器具有其它传感技术无法比拟的优点，因此成为目前传感技术研究领域的热点之一。
目前对它的研究主要集中在以下三个方面：（1） 基于瑞利散射的分布式光纤传感技术；（2） 基于拉曼散射的分布式光纤传感技术；（3） 基于布里渊散射的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所引起的，散射光的频率与入射光的频率相同．在利用后向瑞利散射的光纤传感技术中，一般采用光时域反射（OTDR）结构来实现被测量的空间定位，基于瑞利散射的研究已经趋于成熟, 并逐步走向实用化。
基于后向瑞利散射的传感技术是现代分布式光纤传感技术的基础，它在80年代初期得到了广泛的发展．然而由于该技术难以克服测量精度低、传感距离短的缺陷，目前在这方面的研究已鲜有报道．拉曼散射DOFS利用的是光纤中的自发拉曼散射光，信号微弱，较自发布里渊散射信号约低一个数量级，因此传感性能较低且难以实现几十公里以上的长距离传感；另外拉曼散射只对温度敏感，难以用于地质、建筑结构等的健康检测。
而光纤的布里渊散射对温度和应变都敏感，通过检测来自传感光纤的布里渊散射光的频移和强度，布里渊散射DOFS得到沿光纤分布的温度或应变信息；并且工作于1.55μm波长附近的布里渊散射DOFS，光信号受到的衰减和色散较小，从而使得布里渊散射DOFS适合于长距离（大于几十千米）分布式传感。
基于布里渊散射的光纤分布传感系统性能分析
基于布里渊散射的光纤分布传感系统性能分析光纤分布传感系统是一种基于光纤传感技术，能够实现点、线、面分布式传感的一种新型测量仪器。
其中，基于布里渊散射的光纤分布传感系统因其实时性好、分辨率高、可靠性高等特点被广泛应用于多个领域中。
本文将对基于布里渊散射的光纤分布传感系统的性能进行分析。
一、布里渊散射原理布里渊散射是指在一定范围内，能够发生光子的频率和方向变化的现象。
其原理是当激光束经过光纤时，由于光线经过的光纤材料的非均匀性，导致散射现象。
当散射声波的波长等于光纤的原长，产生的强波与弱波正好相等，形成了一个周期性的波，称为布里渊波。
二、布里渊散射的应用基于布里渊散射原理的光纤传感系统可以用来测量温度、应变、压力、流速等物理量，具有广泛的应用前景。
其工作原理是，当测量介质的物理量发生变化时，会导致光纤长度和折射率的变化，进而改变布里渊波的频率和强度，最终将这些信息转换为电信号输出。
三、基于布里渊散射的光纤分布传感系统的性能分析1. 实时性好基于布里渊散射的光纤传感系统采用激光束技术，具有快速响应、高精度、高灵敏度的特点，可以实现实时监测测量介质内各项物理量的变化，保证数据的时效性和准确性。
2. 分辨率高一般情况下，基于布里渊散射的光纤传感系统的分辨率在0.01K左右，可以满足各项物理量的精确测量需求，大大提高了数据采集的精确度。
3. 可靠性高基于布里渊散射的光纤传感系统采用光纤传输技术，可以抵御电磁干扰和外界噪音，具有较高的可靠性和稳定性，可以在恶劣的环境条件下保证数据的准确输出。
4. 应用范围广基于布里渊散射的光纤传感系统可以用来测量温度、应变、压力、流速等多项物理量，可以广泛应用于核电、航空航天、交通运输、地质勘探等领域中，在工业自动化、环境监测、安全检测等方面都具有广泛的应用前景。
四、总结基于布里渊散射的光纤传感系统具有实时性好、分辨率高、可靠性高、应用范围广等特点，是一种新型、有效的测量仪器，被广泛应用于多个领域中。
布里渊散射分布式光纤传感器的理论分析和相关技术研究
《基于布里渊散射的分布式光纤双参量传感系统研究》范文
《基于布里渊散射的分布式光纤双参量传感系统研究》篇一一、引言随着科技的不断发展，光纤传感技术因其高灵敏度、抗电磁干扰、远程传输等优点在各个领域得到广泛应用。
而基于布里渊散射（Brillouin Scattering）的分布式光纤传感技术更是近年来研究的热点。
本文将针对基于布里渊散射的分布式光纤双参量传感系统进行研究，探讨其原理、应用及发展前景。
二、布里渊散射原理布里渊散射是一种光散射现象，当光在介质中传播时，会与介质中的声学声子相互作用，产生频率偏移的光子。
布里渊散射的特点是光子在传播过程中会发生散射并产生不同频率的散射光，这些散射光包含了介质中声波的信息。
因此，通过分析布里渊散射的光谱信息，可以获取介质中的声波特性。
三、分布式光纤双参量传感系统分布式光纤双参量传感系统利用布里渊散射原理，通过一根光纤实现对多个参量的同时测量。
该系统主要由激光器、光纤、光探测器等组成。
激光器发出的光经过光纤传输后，与光纤中的声波相互作用产生布里渊散射光。
通过分析这些散射光的特性，可以获取光纤中温度、应力等参量的信息。
同时，通过多模态解调技术，还可以实现对多个参量的同时测量。
四、系统工作原理及性能分析基于布里渊散射的分布式光纤双参量传感系统的工作原理如下：激光器发出的光经过调制后进入光纤，与光纤中的声波相互作用产生布里渊散射光。
这些散射光经过光探测器接收并转换为电信号，然后通过信号处理与分析，提取出温度、应力等参量的信息。
该系统的优点在于具有高灵敏度、高空间分辨率、抗电磁干扰等优点，且能够实现分布式测量。
五、应用领域及前景基于布里渊散射的分布式光纤双参量传感系统在众多领域具有广泛的应用前景。
在石油化工领域，可以用于油气管线的安全监测，实时检测管道的温度、压力等参量变化；在电力行业，可以用于电缆的故障诊断和预警，及时发现电缆的过热、断裂等问题；在交通运输领域，可以用于桥梁、隧道等基础设施的健康监测，预防因结构损伤导致的安全事故。
基于布里渊散射的分布式光纤传感器关键技术研究
基于布里渊散射的分布式光纤传感器关键技术研究分布式光纤温度和应变传感器具有体积小、重量轻、不受电磁干扰和能进行长距离传感等诸多优势,被广泛应用于森林防火预警,输油管线入侵预警、以及建筑健康监测等领域。
相比基于瑞利散射和拉曼散射的分布式光纤传感技术,基于受激布里渊散射效应(SBS)的布里渊光时域分析(BOTDA)技术具有更长测量距离的优势,是光纤传感领域的研究热点之一。
衡量BOTDA传感器性能表现的主要指标为空间分辨率、频率精度、测量距离和测量时间。
本论文针对由光纤中SBS效应带来的限制BOTDA传感器性能的因素,以提升其关键性能指标为目的,对基于SBS效应的BOTDA分布式光纤温度应变传感器展开了深入研究。
主要研究工作和创新成果包括如下几个方面:1)虽然目前已被广泛使用的基于双频探测光的BOTDA方案可有效克服SBS的非本地效应问题,但高探测光功率造成的布里渊增益谱/损耗谱(BGS/BLS)的严重畸变将导致布里渊频移(BFS)判断误差。
针对此问题,通过深入分析BGS/BLS畸变随探测光功率的变化规律,论文提出了基于固定双频探测光的BOTDA方案,其中探测光两个频率分量在光纤各个位置产生的布里渊本征增益谱和本征损耗谱的累积效果相互抵消,从而克服了传统双频探测光BOTDA方案中的BGS/BLS畸变问题。
实验结果表明,本方案可将探测光功率从-6 dBm提升至由其自身SBS效应所限制的理论功率极限(5 dBm),并可完全消除高功率情况下的BGS/BLS畸变,在不使用脉冲编码和拉曼分布式放大等提升信噪比(SNR)手段的前提下,实现了长达100 km的传感距离。
2)通过对SBS三波耦合瞬态方程组的建模和求解,本论文深入分析和评估了现有预泵浦BOTDA方案(包络亮脉冲法、暗脉冲法和π相移脉冲法)中存在的二阶残影现象。
研究结果表明该二阶残影现象将造成最高可达8.5 MHz的BFS判断误差。
针对此问题,论文提出了改进的四分段暗脉冲方案,在传统三分段脉冲的基础上加入了幅值为抛物线分布的脉冲分段。
基于布里渊散射光的分布式光纤传感技术
基于布里渊散射的分布式光纤传感技术1.引言光导纤维在通信系统中的应用早已为人熟知，如今全世界高速便捷的网络也离不开光纤的发展。
除了光纤通信以外，还有另一类针对光纤的重要研究方向——光纤传感。
与传统的电类传感器相比，光纤传感器具有抗电磁干扰、重量轻、易于嵌入、成本低等优点。
这些优势使得光纤传感技术在实际工程中的应用拥有非常乐观的前景。
例如，在一些环境恶劣，如强磁场的检测条件下，电类传感器可能无法正常工作或者损坏，但是光纤传感器受到外界影响较小，仍能保持稳定的工作状态。
在对建筑结构的检测中，光纤传感器同样是较佳的选择。
由于光纤本身重量轻且纤细，可以方便地分布在建筑结构中，对结构的各个部位进行全面的监控。
另外光纤嵌入后不会对结构造成较大的影响，使结构保持其原有的状态。
分布式光纤传感是光纤传感技术中的一个研究热点，其优势是能够测试光纤沿线各点处的传感参量。
虽然一般情况下其测试精度不如高精度的点式传感器，如光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating, FBG)，但是其利用光纤的特性真正实现了“全分布式”的传感。
前述对建筑结构的检测，即是分布式光纤传感的一个重要应用。
基于布里渊散射的分布式传感技术是分布式传感中的研究热点，因其能够对应变与温度实现较高精度的单参量或双参量同时测量，在实际应用中亦有广阔的前景。
本文仅关注其中的一种——布里渊光时域反射技术(Brillouin Optical Time-domain Reflectometry, BOTDR)。
布里渊光时域反射技术是最简单的一种形式，其空间分辨率、测量精度等不如其他更为复杂的布里渊传感技术，但是拥有更简单的系统结构和单端测量的优势，且其性能指标已经可以满足许多应用的要求，因此在实际应用中更受欢迎。
由于布里渊光时域反射技术测量的是自发布里渊散射，其信号微弱，信噪比较低。
并且其各项性能指标之间相互制约，难以得到同时提高，例如空间分辨率和频移精度之间存在的权衡问题。
《基于布里渊散射的分布式光纤双参量传感系统研究》范文
《基于布里渊散射的分布式光纤双参量传感系统研究》篇一一、引言在通信与测量领域，随着信息技术的不断发展，高精度、实时性及连续性测量逐渐成为人们关注的焦点。
其中，分布式光纤传感技术以其独特优势，如长距离、高灵敏度及抗电磁干扰等特性，正受到广泛关注。
本文旨在探讨基于布里渊散射的分布式光纤双参量传感系统（BOTDR），从系统原理、实验方法、数据分析及结论展望等角度展开深入研究。
二、布里渊散射及分布式光纤传感系统原理布里渊散射是光在介质中传播时，由于光子与声子相互作用而产生的一种散射现象。
其特点是具有较大的散射峰强度，可用于高灵敏度测量。
基于布里渊散射的分布式光纤传感系统（BOTDR）利用后向布里渊散射光信号与传输光信号的相干衰减，对光信号的强度和相位进行检测，从而实现对外界环境参数的感知。
三、系统设计及实验方法本系统采用多模光纤和掺铒光纤相结合的设计，通过对不同环境下的散射信号进行收集与处理，实现双参量的测量。
实验中，我们采用高精度的光谱分析仪和光子计数器等设备，对布里渊散射信号进行实时采集和精确测量。
同时，为了降低噪声干扰和提高测量精度，我们还对信号进行了滤波和放大处理。
四、数据采集与处理实验过程中，我们通过BOTDR系统获取了大量散射信号数据。
通过数据处理与分析软件，对数据进行了实时分析和处理。
通过对数据的频谱分析、相干检测和波形拟合等处理，我们成功提取了光纤中的温度和应力信息等双参量数据。
同时，我们还对不同环境条件下的数据进行比较和分析，以验证系统的稳定性和可靠性。
五、结果分析经过实验数据分析和处理，我们得到了准确的温度和应力分布图。
通过对数据的进一步分析，我们发现系统的测量精度和稳定性较高，且具有良好的实时性和连续性。
此外，我们还发现该系统在恶劣环境下仍能保持较高的测量精度和稳定性，为实际应用提供了有力支持。
六、结论与展望本文研究了基于布里渊散射的分布式光纤双参量传感系统。
通过实验验证了该系统的有效性、稳定性和可靠性。
基于布里渊散射的分布式传感关键技术的研究
基于布里渊散射的分布式传感关键技术的研究
基于布里渊散射的分布式传感关键技术的研究主要涉及以下几个方面：
1. 布里渊散射传感技术的原理研究：布里渊散射是一种光纤传感的原理，其原理是利用光纤中的晶格振动对光的散射产生特定的频移，进而对应于不同物理量的测量。
2. 分布式光纤传感系统的建立与优化：布里渊散射传感需要建立一套稳定的光纤传感系统，包括光源、光纤、探头、探测器等组成的一套完整的系统；同时需要对系统进行优化，提高传感的灵敏度和精度。
3. 布里渊散射传感技术的应用研究：布里渊散射传感技术在军事、环境、交通等领域有广泛应用。
需要对具体应用场景进行分析和研究，提出相应的传感算法和系统方案。
4. 分布式光纤传感系统的智能化研究：传感系统需要对大量数据进行处理和分析，需要对传感系统进行智能化研究，提高传感数据的处理效率和精度。
综上所述，布里渊散射传感技术是一项非常具有前景的分布式传感技术，需要进行深入的研究和应用。
基于布里渊散射原理的分布式光纤传感器ppt课件
由上式可知布里渊频移与温度呈线性关系，温度每变化 1 ，布里渊频移 变化约1.2MHz
由上式可知布里渊频移与应变呈线性关系，应变每变化10-3所引起的布 里渊频移变化Δ 约为50MHz。
2.2布里渊强度与温度和应变的关系
P0为入射脉冲光功率，s为布里渊散射背向捕捉系数，为布里 渊散射损耗系数，W为脉冲宽度， 为光线中速度。
基于布里渊散射原理的分布式 光纤传感器
目录
一、分布式光纤传感器 二、BOTDR基本理论分析 三、BOTDR系统设计 四、BOTDR性能分析 五、布里渊分布式传感器发展方向
一、分布式光纤传感器
基本 原理
分布式光 纤传感器
主要 分类 应用 方向
1.1 分布式光纤传感器基本原理
从光源发出的光经耦合器注入光纤，由光纤传输而通 过敏感元件，光在通过敏感元件时，因敏感元件是暴 露在被测对象(如温度、压力、磁场等)之中且对被测 对象极其敏感，使光在这里受到被测对象的调制，如 光的强度、偏振面、频率和相位等；然后，调制光由 耦合器进入光纤，再经光纤传输到信息处理器上，经 光电检测和信号处理而得到被测对象的信息
约为
计算可得：布里渊强度变化的应变系数 -0.982 Χ10-4 %/με
约为
2.3 温度和应变的分布式同时测量
在BOTDR系统中，通常是利用布里渊频移来 确定温度或应变，一般由布里渊频移确定应变 时假设温度保持不变，而由它测定温度时假设 应变不变。但在实际应用中，往往是温度和应 变同时变化，由于布里渊频移和强度随它们同 时变化，这就出现了传感光纤布里渊散射谱参 数对温度和应变交叉敏感的问题。研究发现布 里渊频移随光纤的温度和应变近似线性变化， 、 PB0分别为参考温度、应变下的布里渊频移和强度； Δ T和Δ ε分别 布里渊强度随温度的上升而近似线性增加，随 为温度和应变的变化量；Cvt、 Cvε 、 CPT、 CPε 分别为布里渊频移、 应变增加而近似线性下降。可采用如下表达式 强度的温度和应变系数。这些系数可以通过实验来确定。 来说明：
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3 实验结果
图1 自发布里渊散射测量系统框图
当传感光信号由 环 形 器 端 口 3 输 出,进 入 光 纤 光 栅法布里-珀罗干涉仪(FBGFPI)进行 自 发 布 里 渊 和 瑞 利散射 的 分 离,选 出 的 布 里 渊 信 号 光 经 光 纤 放 大 器
实验系统 采 用 外 腔 式 半 导 体 连 续 激 光 器 作 为 光
图6 B 点应力反射谱的放大图
图4 FBGFPI输出波长与电压的关系
实验时,以 光 纤 A 点 为 基 准 点,B 点 距 A 点 为 200m,C 点 距 A 点 为 500m,分 别 在 相 应 各 点 粘 贴 PZT,通 过 控 制 电 压 给 光 纤 施 加 微 应 变。fbeatA = 300fs,fbeatB =500fs,fbeatC =800fs,对 于 光 纤 不 同 的 测 量 位 置 ,所 产 生 的 拍 频 信 号 与 调 制 波 的 频 率 有 关 ,经 计算可得系统的空间分 辨 率 约 为 1.25m。A、B、C3 点
mentalsetupandresultarepresented.Theprimaryresultconfirmsthisconfigurationisfeasible.
Keywords OFDR Brillouinscattering FBGFPI Strain 用前景[1]。目前,基于布 里 渊 散 射 的 分 布 式 传 感 系 统
fB (ε)=fB (0)(1+αε)
(1)
式中:fB(0)为光纤无应变时的布里 渊 频 移:α 为 常 数,
α=Δn+ΔE+Δµ+Δρ,其中:Δn、ΔE、Δµ 和 Δρ 皆 为 与 光纤本身的组成和结构形式有关的材料与结构系数,
对 于 石 英 光 纤 ,近 似 计 算 有α=3.83[5]。
系统原理如图1 所 示,激 光 器 发 出 窄 谱 光 进 入 外
源,输出波长为 1550nm,线 宽 约 为 100kHz,输 出 功 率 约为2mW。三角波调制信号的参数 为:Δf=40MHz、 fs=1kHz。 传 感 光 纤 采 用 约 1km 的 非 色 散 单 模 光 纤。系统中使用的3 个 光 纤 光 栅 完 全 相 同,中 心 波 长 为1550nm,带 宽 为 0.13nm,反 射 率 为 98%。 光 纤 光 栅 法 布 里-珀 罗 干 涉 仪 结 构 如 图 2 所 示 。
1引 言
多集中 在 光 时 域 反 射 计 法 (BOTDR)[2],这 种 方 法 虽 然解决了分布式测 量 的 问 题,但 是 系 统 的 空 间 分 辨 率
光在光纤内传播 时 会 产 生 布 里 渊 散 射,由 于 布 里 受到激光脉冲的限制。而且光纤内应力引起的布里 渊
渊散射光频率与光 纤 内 应 力 有 关,因 而 可 通 过 测 量 光 纤的布里渊频移来测量光纤的拉伸应变。光纤具有良
摘要 根据光纤受到拉伸应变时布里渊散射频移改变的特性,提出了基于光频域反射法的分布式光纤 应 变 测 量 系 统,系 统 采 用 了光纤光栅法布里 珀罗干涉仪对布里渊频移进行直接测量的新方法,并给出了实验系统及实验结果,表明了该方案的可行性。 关键词 光频域反射法 布里渊散射 光纤光栅法布里 珀罗干涉仪 应 变 中图分类号 TP212.14 文献标识码 A 国家标准学科分类代码 460.4035
速 。 因 此 ,由 式 (6)和 式 (7)可 以 得 到 :
fbeat=2fsΔfLn/c
(8)
由(8)式可以看 出,对 应 光 纤 上 不 同 的 测 量 点,接
收端有不同的时延,从 而 由 混 频 器 产 生 不 同 的 拍 频 信
号。通过测量不同的拍频信号就可以确定光纤上测量
点的位置。同时结合由 FBGFPI测量得到的布里渊频 移 量 ,最 后 实 现 光 纤 应 变 的 分 布 测 量 。
* 本文于2004年11月收到,系国家自然科学基金(60377002)资助项目。
238
仪器仪表学报
第 27 卷
实 现 分 布 式 应 变 测 量 ,并 取 得 了 很 好 的 效 果 。
2 传感系统原理
当光纤受到外力 产 生 应 变 时,所 引 起 的 布 里 渊 频
移与应变呈线性关 系,因 此 可 以 通 过 测 量 背 向 散 射 光 布 里 渊 频 移 来 计 算 应 变 的 大 小 [4]:
图2 FBGFPI实验结构图
图3 FBGFPI透射谱
由图3(a)可 见,透 射 谱 在 光 纤 光 栅 的 中 心 波 长 (1550nm)附近有极 窄 线 宽 的 输 出。 而 且 随 着 腔 长 的 变化,中 心 透 射 谱 将 发 生 微 小 的 移 动。 图 3(b)为 1550nm 附 近 透 射 谱 的 放 大 图,谱 线 半 宽 度 为 0.00049nm(约 为 60MHz)。 图 中 在 中 心 谱 线 周 围 还 存在一些背景光,所以光纤光 栅 法 布 里-珀 罗 腔 的 输 出 谱必须经过 FBG3 进 行 滤 波 处 理。 实 验 使 用 的 FBGFPI输 出 波 长 与 电 压 的 关 系 如 图 4 所 示 。
光纤多点应变测量,可以从中提取一些相关的信息,诸 滤波器结构实现了高分辨率的窄带宽滤波,使提高光纤
如:加 速 度、裂 度、位 移、振 动 等 等。 这 在 大 型 工 程 机 布里渊频移直接测量精度成为可能。为此,文中采用光
构、智能机构、航空航天及光纤通信等领域有广阔的 应 频域反射法(BOFDR)和光纤光栅法布里 珀罗滤波器
第27卷 第3期 2006 年 3 月
仪器仪表学报
ChineseJournalofScientificInstrument
Vol.27 No.3 Mar.2006
基于光频域布里渊散射的全分布式光纤应变传感器的 研究*
吴朝霞1,2 吴 飞1 牛力勇1 李志全1
1(燕山大学电气工程学院 秦皇岛 066004) 2(东北大学秦皇岛分校自动化系 秦皇岛 066004)
频 移 一 般 都 很 小 ,直 接 测 量 极 为 困 难 。P.C.Wait等 人 利用 F-P 干涉仪实现了布里渊信 号 的 测 量[3],由 于 F-
好的传光性能,对光波的损耗非常低,而且具有很好 的 P干涉仪的稳定性较差,影响测量精度的提高。近年来,
埋入性,可以直接 将 其 埋 入 材 料 或 结 构 体 内。 通 过 对 随着光纤光栅的技术的发展,利用光纤光栅形成的干涉
V(t)= 12KBDIinmcos[φ(ti)-φ(t0)]
= 12KBDIinmcos(2πfbeat·t)
(5)
式中:fbeat为差 拍 信 号 频 率。若 调 制 信 号 为 三 角 波 信
号,三角波调制最 大 频 率 为 Δf,周 期 为 Ts,测 量 信 号
与 参 考 信 号 的 延 迟 为τ,产 生 的 拍 频 信 号 fbeat为 :
∫ φ(t)=2π fidt
调制光经由环形 器 进 入 传 感 光 纤,由 于 光 进 入 光
纤后会发生衰减和色散,假设总的衰减系数为 D,所以 调制光在光纤 A 处产生的背向布里渊散射光强可以 表示为:
IB =DIin[1+mcosφ(ti)]
(3)
对于传感光 纤 上 不 同 的 测 量 点 (A、B、C3 点 处 ),
fbeat=Pτ=2fsΔfτ
(6)
式中:P 为三 角 波 信 号 的 斜 率,fs 为 三 角 波 信 号 的 频
率 。 时 延τ 可 由 式 (7)表 示 为 :
τ=Ln/c
(7)
式中:n 为光纤的折射率,L 为 光 强 度 调 制 器 输 出 光 经
由测量点后 到 光 电 探 测 器 接 收 总 传 输 的 距 离,c 为 光
图5 A、B、C3点的应力反射谱
由实验结果可知,Δv/ε=9.72×1010,系统应变测量 分 辨 率 为 0.62µε。 实 验 图 中 ,前 7 次 测 量 结 果 基 本 为 线 性,而后面的测量结果不是线性,这主要是由于 FBGFPI 的腔长是由 PZT 进行控制,在腔长增加的过程中,PZT 呈 现 出 非 线 性 的 特 征 ,而 且 随 着 测 量 频 率 的 增 加 ,FBGFPI的中心透射谱的透射率逐渐降低而导致的。
TheFullyDistributedOpticalFiberStrainSensorBasedonBrilliouin Optical-fiberFrequencyDomainReflectometry
WuZhaoxia1,2 Wu Fei1 NiuLiyong1 LiZhiquan1
1 (ElectricalEngineeringInstitute,YanshanUniversity,Qinhuangdao066004,China) 2 (DepartmentofAutomation,QinhuangdaoBranchof NortheastUniversity,Qinhuangdao066004,China)
的反射谱如图5所示。B 点反射谱的放大 图 如 图 6所 示。在光纤的 B 点处施加连 续 应 变 (由 连 续 电 压 信 号 控制 PZT 产生),由光纤光栅法布里-珀 罗 干 涉 仪 进 行 布 里 渊 信 号 的 检 测。用 计 算 机 进 行 记 录,可 以 得 到 B 点处光纤应变的实验结果如图7所示。
onBrilliouinoptical-fiberfrequencydomainreflectometry(BOFDR).Anew measurementisreportedbyutilizing
fiberBragggratingFabry-Perotinterferometer(FBGFPI)todirectlyseparatetheBrilliouinsignal.Theexperi-