单端混合瑞利布里渊和拉曼分布式光纤传感系统
发布时间：2023-07-17 08:00:00 阅读数： 116
混合DFOS系统的工作原理。供稿：黄林静，范新宇，何海军，闫连山，何祖元
对设施，特别是大型设施（如轨道交通系统、大型桥梁和建筑物）进行实时监测，可提供有关其周围环境的信息，并可对其健康状况进行评估，这对于建立当前基于物联网的智慧城市概念至关重要。
作为一种精确的实时监测技术，分布式光纤传感（DFOS）系统需要沿传感光纤进行远距离同步测量，在各种工业应用中需求量很大。然而，大多数DFOS系统只能测量一种参数，这限制了其应用。此外，组合不同的DFOS系统既复杂又昂贵。
在发表于《Light： 先进制造》（Light: Advanced Manufacturing）上发表的一篇新论文中，由中国上海交通大学范新宇教授领导的科学家团队提出了一种简化的混合DFOS系统，可同时测量传感光纤上的多个参数。他们使用普通单模光纤作为传感器，获得了数公里长光纤的温度、应变和振动信息。
他们利用不同的后向散射光波集成了三种方案，并简化了混合系统。提出的混合系统只需要一个光源、两个接收端和光纤的一个发射光波通道，大大降低了应用的复杂性。因此，简化的混合系统可用于大型结构的实时监测、自动化控制和周界安全。该技术可以成为推动智慧城市建设的有力工具。
在不同的DFOS系统中，有一种利用瑞利后向散射的技术被称为相敏光学时域反射仪（φ-OTDR），用于测量振动等动态参数。
基于受激布里渊散射的布里渊光学时域分析（BOTDA）用于测量温度和静态应变，信噪比高。拉曼散射可用于拉曼光学时域反射仪（ROTDR），测量分布式温度而不受应变干扰，因为它只对温度敏感。
混合DFOS系统集成了三种不同的散射方案。瑞利散射用于振动传感，同时作为布里渊散射过程的探头，实现温度和应变测量。拉曼散射用于克服温度-应变交叉灵敏度。脉冲编码调制用于分离两个光频非常接近的脉冲的拉曼散射。通过这种方式，单端简化混合DFOS系统成功地实现了多参数同时测量。
该混合系统能够测量9千米长的单模光纤的温度、应变和振动，并具有良好的测量精度。
参考资料
Linjing Huang et al, Single-end hybrid Rayleigh Brillouin and Raman distributed fibre-optic sensing system, Light: Advanced Manufacturing (2023). DOI: 10.37188/lam.2023.016
