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首页 / 先进光学实验室

关于光纤分布式振动传感的研究 - 筱晓光子实验分析⑩
2021-11-22

筱晓光子的光纤分布式传感系统,是将光纤本身作为传感器件,反馈光纤在不同位置的振动,温度,应力等变量,并实现精确定位的系统。目前这种分布式传感技术已经应用在长距离天然气、石油传输泄露监控,桥梁等大型建筑的安全监测,以及大面积的安保系统中。


我们采用的是φ-OTDR技术,搭建了25km的光纤振动传感系统,其理论基础是光纤后向瑞利散射。光路系统如下图所示:首先将1550 nm连续激光器 (Dense Light)的输出激光用EDFA进行光功率放大,测得放大后功率为200 mW。声光调制器(AOM)对放大后的激光进行快速调制,直接生成亚微秒级的脉冲光,激光的重复频率,脉宽由信号发生器(AFG)控制。生成脉冲光后,将其送入25km的长光纤,由于光纤的后向瑞利散射,每一个脉冲光经过这25km的光纤,在25km光纤的起点都会探测到一段返回光。因此,在AOM后添加一个光环形器,将光纤的返回光转移至另一路光纤并用光电探测器(PD)探测返回的光信号。


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系统示意图


采集得到的光信号时域图如下,脉冲光在光纤不同位置的瑞利散射光产生到被光电探测器接收,存在一定的时间差。因此,返回光信号在不同时间点的强度是与脉冲光在光纤不同位置的散射光强度相关的。当我们抖动光纤的不同位置时,由于介质的弹光效应,光纤的折射率发生突变,散射光之间的干涉导致该处光强急剧变化。最后提取光信号中这种急剧变化的特征,进行数据分析,作为该系统的最终输出。


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光信号时域图


为了保证该分布式振动传感系统的实时性,我们使用Matlab实时采集示波器的返回光信号数据,先进行平均化处理提升抖动信号的信噪比,然后进行逐帧求差和归一化处理提取抖动的特征信号。


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5km处抖动光纤对比图


该图为在5km处抖动光纤的反馈信号图,验证了本系统的功能,在5km处能监控到光纤振动,得到初步结果。