BOTDR现状.docVIP

文献综述 前言： 。随着光纤的出现和光纤通信的发展，光纤传感技术在20世纪70年代末作为一门新兴技术开始形成，它以光作为载体，以光纤作为传输介质，实现对被测参量传感。光纤传感器具有很多突出的优点，使得其得到飞速的发展。与常规传感器相比，光纤传感器具有测量灵敏度高、耐高压、耐腐蚀、体积小、重量轻、适应恶劣环境等诸多优点，并且光纤元件本身既是探测元件又是传输元件，可以在光纤干线上连接许多光纤传感单元组成大范围的遥感系统，进行分布式检测与测量。 分布型光纤传感技术是目前国内外研究的热点，具备提取大范围测量场的分布信息的能力，能够解决目前测量领域的众多难题，因此，具有巨大的应用潜力。基于布里渊散射的分布型传感技术的研究起步较晚，但由于它在温度测量上具有较高的测量精度、测量范围以及空间分辨率，因此这种技术具有非常大的研究价值。分布式光纤布里渊传感有两种实现方案:直接检测式和外差检测式。而外差能检测式具有良好的空间滤波和光谱滤波能力、信噪比、等优点受到人们越来越多的关注。而外差检测式光纤温度传感器将会使得人们的生活更加便利。 主题： 自从Horiguchi和Culverhouse等人首次提出利用布里渊散射频移特性实现分布式温度和应变的传感以来，利用布里渊散射检测光纤沿线应变分布的技术已成为目前一些发达国家如日本、加拿大、瑞士、法国和美国等国家竞相研发的课题，并取得了一些成果。目前对布里渊分布式光纤传感器的研究主要集中在三个方面：布里渊光频域分析仪（BOFDA）、布里渊光时域分析仪(BOTDA)和布里渊光时域反射仪(BOTDR)。BOFDA分布式光纤传感技术是基于测量光纤的传输函数的一种传感方法；BOTDA分布式光纤传感技术是一种利用受激布里渊散射现象实现测量的传感方法；BOTDR分布式光纤传感技术是基于单一脉冲的布里渊散射获取外界环境因素信息的传感方法。由于BOFDA系统复杂，且对被测光纤所处环境要求过高，所以对它的研究相对较少。BOTDA采用两个相向传输的光束来增强布里渊散射，因而它的信号强度大，温度和应变的测量更为精确，测量范围更大。但是，BOTDA技术要求更多的光学部件和双向光路，造成系统复杂及成本较高。BOTDR系统中，由于布里渊散射只占探测光的一小部分光发生，因此BOTDR的测量精度和测量范围因微弱的光信号强度以及光纤的固有损耗而受到限制。但是，BOTDR只需单端入射、结构简单，从而在实际应用中很方便，所以目前国内外对此方案的研究投入相对较多。 基于瑞利散射的分布式光纤传感技术常用来检测光纤的断点及衰减特性，基于拉曼散射的分布式光纤传感技术主要用于温度测量，这两种技术已经趋于成熟，并逐步走向实用化。基于布里渊散射的分布式光纤传感技术能够实现温度和应变的同时测量，且测量精度、传感距离和空间分辨率较高，该技术以其巨大的优势，在海底光缆制造和施工维护、石油天然气管道泄露、发电厂、变电站高压设备、高压电缆、废气处理厂的温度监测、大型混凝土结构（大坝、隧道、建筑物等）的结构健康监测，以及山体滑坡、河床塌陷等地质灾害监测方面具有广泛的应用前景，受到国内外的广泛关注与研究。 布里渊分布型光纤温度传感技术几乎可以测量所有的物理参量，具有巨大的发展潜力。从总体来讲，布里渊分布型光纤温度传感技术还处于研究开发阶段，尚有大量课题急待研究解决，如响应时间的缩短、空间分辨率的提高、测量范围的扩大、测量精度的改善等等。此外，还需要深入研究分布型光纤传感技术理论，开拓新的研究领域；研究体积小、噪声低、功率大、稳定性好的光源；研究各种用于特殊条件的，对被测环境适应能力强的特殊光纤；研究信号检测和处理技术。只有这样，布里渊分布型光纤传感技术才能实用化，才能在国民经济、国防建设的众多领域中发挥其巨大的作用。 光纤传感技术是伴随着光导纤维及光通信技术的发展而逐步形成的。在光通信系统中，光纤用作远距离传输光信号的介质。但是，在实际光传输过程中，光纤易受外界环境因素的影响，如温度、压力、电场、磁场等环境条件的变化将引起光波量如光强度、相位、频率、偏振态等的变化。因此，人们发现如果能测量出光波量的变化，就可以知道导致这些光波量变化的温度、压力、磁场等物理量的大小，于是出现了光纤传感技术。外差检测式光纤传感技术的工作原理是（图1）：发出的频率为的光被分成探测光和参考光，其中参考光作为光学本振光。对探测光采用声光调制器进行脉冲调制，然后采用光纤放大器EDFA将该信号功率放大到合适值。当光在光纤中发生布里渊散射时，后向的布里渊散射光相对于原来的入射光产生一个布里渊频移。该后向布里渊散射光和参考光由宽带光电二极管进行外差检测。此后，该信号被进一步放大，并通过滤波来去除直流成分和高次谐波。此时，只有差频项，将其和微波频率源产生的信号再次混频，得到基带信号。通过连续改变微波频率源的频