分布式传感器.pptx

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分布式光纤传感器FiberOpticSensors2022年11月10日2007-2008MinsFiberOpticSensors2什么是分布式传感？

沿光纤铺设区域，连续、大规模的测量方式BOTDRROTDRMeasurandfieldM（z,t）M（z,t）zM（t）2022年11月10日2007-2008MinsFiberOpticSensors3分布式光纤传感器的分类反射法（OTDR/ROTDR/BOTDR）偏振光时域反射法（polariztionOTDR：

POTDR）利用后向散射光的偏振态信息波长扫描法（wavelengthscanning:

WLS）用白光照射保偏光纤，运用快速Fourier算法来确定模式耦合系数的分布；干涉法各种形式的干涉装置解调干涉光路中相位I.IntroductionsI.Introductions2022年11月10日2007-2008MinsFiberOpticSensors4内容提要反射式基于OTDR技术和非线性效应ROTDRBOTDR干涉型（积分式）FP准分布式2022年11月10日2007-2008MinsFiberOpticSensors5准准分布式传感器波长扫描和干涉式传感器仍然以测点的形式存在主要类型光纤光栅干涉调制型的光纤F-P腔传感器复用技术取得突破性进展2022年11月10日2007-2008MinsFiberOpticSensors6分布式传感的主要特点空间连续性光纤铺设沿线区域被测区域连续测量距离80km光纤本身兼备传感与信号传输功能工程施工方便昂贵I.IntroductionsI.Introductions2022年11月10日2007-2008MinsFiberOpticSensors7分布式传感的研究热点与产品研究热点光纤光栅（FBG：

fiberBragggrating）准分布式分布式传感系统（OTDRs：

opticaltimedomainreflectermeters）ROTDRs：

RamanOTDRBOTDRs：

BrillouinOTDR现有产品2022年11月10日2007-2008MinsFiberOpticSensors8背向散射光分析IncidentwavelengthBrillouinscatteringRamanscattering（Anti-stokes）Ramanscattering（stokes）WavelengthIntensityDriftofwavelengthDifferenceofintensitiesI.IntroductionsI.IntroductionsRayleigh2022年11月10日2007-2008MinsFiberOpticSensors9背向散射光分析（续）LaserLaserDetectorDetectorFibercoreDistance：

zI.IntroductionsI.Introductions2022年11月10日2007-2008MinsFiberOpticSensors10分布式传感机理（续）BOTDR（BrillouinOTDR）:

strain,temperatureROTDR（RamanOTDR）:

temperatureBOTDRROTDRMeasurandfieldM（z,t）M（z,t）zM（t）FiberI.IntroductionsI.IntroductionsROTDRRamanoptictimedomainreflectermeter2022年11月10日2007-2008MinsFiberOpticSensors12方法原理CCl4的拉曼光谱Stockslinesanti-StockeslinesRayleighscattering/cm-12007-2008MinsFiberOpticSensorsROTDRROTDR概念什么是拉曼光纤温度传感?

光纤=传感器分布式?

例:

2km光纤沿2km路径，光纤铺设区域的温度分布2007-2008MinsFiberOpticSensors优点沿光纤布设区域的温度监测连续,长距离温度场分布优越的抗EMI性能光纤既是数据传输载体、又是传感器轻巧便于安装ROTDRROTDR2022年11月10日2007-2008MinsFiberOpticSensors15单位：

秒测试条件（测量时间）距离范围有效距离有效距离采样分辨率平均次数2m22070140280357014121935711421836722181836739193721791938510192165102035112153611246214237124ROTDRROTDR2022年11月10日2007-2008MinsFiberOpticSensors16测量范围平均次数ROTDRROTDR测试条件（温度分辨率）2022年11月10日2007-2008MinsFiberOpticSensors17Temp（）Distance（m）ROTDRROTDR显示界面例：

2022年11月10日2007-2008MinsFiberOpticSensors18响应距离可分辨温度变化的最小距离传感光纤传感光纤Distance90%10Respondingdistance60Temp温度测量结果ROTDRROTDR2060202022年11月10日2007-2008MinsFiberOpticSensors19响应距离（续）传感光纤传感光纤DistanceResponsedistance6020Temperature206020TemperatureROTDRROTDR2022年11月10日2007-2008MinsFiberOpticSensors20ROTDR应用光纤的主要标准IEC793-2A1aJISC6832SGI-50/125ITU-TG.651GIGIsiliconfibersiliconfiberCorediameter50mCladdingdiameter125mAttenuation:

400MHzkmROTDRROTDR2022年11月10日2007-2008MinsFiberOpticSensors21MetallicTubePrimarilycoatedopticalfiberPositivesurpluslengthROTDRROTDR传感光感光缆正附加光纤长度：

根据检测温度范围、金属套管的类型、工作条件等确定已经开发出工作于：

-1965002007-2008MinsFiberOpticSensorsROTDRROTDR应用例：

电力系统及电力网络电力电缆:

表面温度地沟电缆:

火灾预警大中型发电、变电机组:

温度监测、过热保护等火电站:

加热系统、蒸汽管道、输油管线温度监测、故障排除变电站:

封闭变电站户内及地下装置的温度监控2022年11月10日2007-2008MinsFiberOpticSensors23Example1：

usinglacingOnthesurfaceofthehighestcableTracingthetemperaturevarianceMonitoringthetemperatureabnormityFibersensorsLacingExample2：

usingtapefixedonGILAluminiumorplastictapeVeryhighresolutionTape固定于电缆表面的传感器ROTDRROTDR2022年11月10日2007-2008MinsFiberOpticSensors24FiredeterminationFiredeterminationFireFiredetectingdetectingFieldFireActingFieldFireActingDistanceTempAlarminglevelROTDRROTDR火灾探测实验2022年11月10日2007-2008MinsFiberOpticSensors25ElectricalCabletunnelFiberCableROTDRROTDR光纤光缆的安装2007-2008MinsFiberOpticSensors拓展应用W/oneopticalswitch,W/oneopticalswitch,onemaininterrogatingsystemonemaininterrogatingsystemcirculatingthemeasurementofmulti-fibercirculatingthemeasurementofmulti-fiberROTDRROTDR2007-2008MinsFiberOpticSensorsGreatDam优点传统的电气传感器都是点式的，因此必须布设非常多的传感器。

而且其长期测定可靠性差。

采用光纤可以对沿光纤长度方向的温度分布进行连续监测。

不仅有效，而且因为不用电，其长期稳定性好。

对大规模的水泥结构体施工时，由于存在硬化热，需要防止膨胀裂缝，因此温度管理是必不可少的，现场温度测定非常重要。

为此，需要对坝体进行全面的温度分布监测。

监测目的光缆的布设状况光缆铺设详图光缆铺设平面图温度随时间的变化温度分布曲线ROTDRROTDR大型建筑物：

渗漏监测系统2007-2008MinsFiberOpticSensors高速公路表面覆冰监测根据这一温度点预测路面有无冻结。

为了建模，需要积累大量的数据。

光缆用于路面温度测定的光缆，埋设于水泥块中。

光百叶箱内的光缆GI光纤温度传感器示例ROTDRROTDR2007-2008MinsFiberOpticSensorsROTDRROTDR化工应用：

蒸汽管线的监控2007-2008MinsFiberOpticSensors已有应用领域ROTDRROTDR电力系统电力系统海洋开发海洋开发建筑工程建筑工程化学工程化学工程BOTDR2022年11月10日2007-2008MinsFiberOpticSensors32类型基于布里渊光时域反射Brillouinopticaltimedomainreflectermetry：

BOTDR基于布里渊光时域分析Brillouinopticaltimedomainanalysis：

BOTDA基于布里渊光频域分析技术Brillouinopticalfrequencydomainanalysis：

BOFDA2022年11月10日2007-2008MinsFiberOpticSensors33Brillouin频移Brillouin频移为入射光频率；n为介质折射率；c为真空中光速；v为介质中声速；为入射光与散射光之间的夹角.后向散射光沿光纤原路返回，即=2022年11月10日2007-2008MinsFiberOpticSensors34声速的表示结论：

背向布里渊散射频移B只由介质的声学特性和弹性力学特性决定实验发现,布里渊功率随温度的上升而线性增加,随应变增加而线性下降布里渊散射信号的布里渊频移和功率与光纤所处环境温度和所承受的应力在一定条件下呈线形变化关系E、k、分别为介质的杨氏模量、泊松比和密度2022年11月10日2007-2008MinsFiberOpticSensors35Intensity2TheBrillouinfrequencyShift（21）nostrainstrain1frequen