分布式光纤传感器

分布式光纤传感器是一种使用独特分布式光纤探测技术的传感器，通过传感光纤的布置，能同时获取被测场的空间分布和随时间变化的信息。这一特性使其在多种工业应用中有广泛应用前景。

原理

分布式光纤传感系统利用光纤作为传感敏感元件和传输信号介质，结合先进的OTDR（光时域反射仪）技术和OFDR（光频域反射仪）技术，探测光纤沿线不同位置的温度和应变变化，从而实现真正的分布式测量。Micron Optics公司的温度测量原理基于Raman散射效应的分布式温度传感系统；应变测量原理则是基于Brillouin散射的分布式温度和应变传感系统，能够同时测量温度和应变。

特点

- 分布式光纤传感系统中的传感元件仅包含光纤。

- 一次测量即可获取整个光纤区域内的被测量一维分布图，若将光纤架设成光栅状，则可测定被测量的二维和三维分布情况。

- ODTDR系统的空间分辨力一般在米级别，OFDR技术的空间分辨力可达毫米级别。

- 系统的测量精度与空间分辨力通常存在相互制约关系。

- 检测信号通常较微弱，因此要求信号处理系统具备较高信噪比。

- 在检测过程中，因需进行大量信号加法平均、频率扫描、相位跟踪等处理，完成一次完整测量所需时间较长。

现状分析

分布式光纤传感器的基本形式是直接采用OTDR技术探测光纤长局部过大的损耗。最初的分布式光纤温度传感利用后向散射系数随温度变化的特性，但实芯光纤灵敏度较低，液芯光纤不切实际且接收信号与模式结构有关。另一种分布式光纤传感器则应用POTDR技术探测单模光纤中瑞利后向散射光偏振态作为时间函数的变化，因为单模光纤中双折射参数对多种物理量敏感，如应变、压力、电场、磁场等，使得这种衍生的OTDR技术具有广阔的应用潜力。OTDR技术实际上是一种光学雷达，与分布式光纤传感器中使用的光学测距原理类似。为了提高测量的空间分辨率，衍生出了FMCW等技术，本质上属于OFDR技术。近年来，OFDR技术取得了显著进步，不仅可用于光纤通讯中的故障定位和诊断，分辨率高达10μm，还能测量温度或应变，传感空间分辨率达1mm，是目前分辨率最高的技术之一，尽管测试距离相对较短，一般不超过100m。

技术发展

未来分布式光纤传感器技术的发展趋势包括：

- 实现单根光纤上多个物理参数（温度和应变）或化学参数的同时测量。

- 提高测量系统的测量范围，缩短测量时间。

- 提高信号接收和处理系统的检测能力，提升系统的空间分辨率和测量不确定度。

- 开发基于二维或多维的分布式光纤传感器网络，这将是光纤传感器研究的重要方向。

参考资料

什么是分布式光纤测温?有何作用及优势?.搜狐网.2024-08-07

分布式光纤温度传感器的工作原理和性能分析.化工仪器网.2024-08-07

中国分布式光纤传感(Dfos)市场竞争分析.搜狐网.2024-08-07