混凝土裂縫分布式光纖傳感光-力轉換關系的研究基本信息

由于分布式光纖傳感技術能夠實現大范圍測量場中分布信息的提取，因而它可解決目前測量領域的眾多難題，而分布式光纖傳感器是采用分布式光纖傳感技術的裝置。分布式光纖傳感技術是在70年代末提出的，它是隨著現在光纖工程中仍應用十分廣泛的光時域反射(otdr)技術的出現而發(fā)展起來的.在這十幾年里，產生了一系列分布式光纖傳感機理和測量系統，并在多個領域得以逐步應用.目前，這項技術已成為光纖傳感技術中最具前途的技術之一. 1、分布式光纖傳感技術的特點 分布式光纖傳感技術具有同時獲取在傳感光纖區(qū)域內隨時間和空間變化的被測量分布信息的能力，其基本特征為]: ① 分布式光纖傳感系統中的傳感元件僅為光纖; ② 一次測量就可以獲取整個光纖區(qū)域內被測量的一維分布圖，將光纖架設成光柵狀，就可測定被測量的二維和三維分布情況; ③ 系統的空間分辨力一般在米的量級，因而對被測量在更窄范圍的變化一般只能觀測其平均值; ④ 系統的測量精度與空間分辨力一般存在相互制約關系; ⑤ 檢測信號一般較微弱，因而要求信號處理系統具有較高的信噪比; ⑥ 由于在檢測過程中需進行大量的信號加法平均、頻率的掃描、相位的跟蹤等處理，因而實現一次完整的測量需較長的時間. 2、分布式光纖傳感技術研究現狀 分布式光纖傳感技術一經出現，就得到了廣泛的關注和深入的研究，并且在短短的十幾年里得到了飛速的發(fā)展.依據信號的性質，該類傳感技術可分為4類:①利用后向瑞利散射的傳感技術;②利用喇曼效應的傳感技術;③利用布里淵效應的傳感技術;④利用前向傳輸模耦合的傳感技術.

分布式光纖傳感系統原理是同時利用光纖作為傳感敏感元件和傳輸信號介質，采用先進的otdr技術，探測出沿著光纖不同位置的溫度和應變的變化，實現真正分布式的測量。 micron optics溫度測量原理是基于raman散射效應的分布式溫度傳感系統;應變測量原理是基于brillouin散射的分布式溫度和應變傳感系統，它可以同時測量溫度和應變。

圖1是分布式光纖傳感器原理框圖 圖2總結了用于構成分布式光纖傳感器系統的各種技術。典型的是利用對特定被測場增敏的傳感光纖，測量沿光纖長度上的基本損耗或散射。通常采用0tdr (光時域反射計)技術，從輸出信息中獲得被測場的空問變化信息。因此，此種連續(xù)分布傳感器可以一定的空間分辨率獲取被測場沿光纖長度的分布。otdr技術是目前在光纖通訊中作為故障(如斷點)定位和診斷的必不可少的設備。 分布式光纖傳感器最基本的形式是直接采~otdr探測沿光纖長局部過大的損耗(例如由微彎引起了產生的后向散射光)。 最初演示的分布式光纖溫度傳感.是利用了后向散射系數隨溫度變化的特征 為了提高測量靈敏度，采用了液芯光纖。這種方案的缺點是實芯光纖靈敏度極低，液芯光纖又不切實際且接收信號與模式結構有關。 另一種分布式光纖傳感器，是應用偏振光時域反射計(potdr)探測單模光纖中瑞利后向散射光偏振態(tài)作為時間函數的變化。由于單模光纖中雙折射參數對許多物理量敏感，如應變、壓力， 電場、磁場等。所以這種衍生的otdr技術具有廣闊的應用潛力。 基本的otdr技術實質上是一種光學雷達。普通雷達和分布式光纖傳感器中應用的光學測距之間在原理上是相似的。為了提高測量的空間分辨率， 又衍生了各種技術，如連續(xù)波調額測距(fmcw)，這些技術本質上是光頻域反射技術(ofdr)。 若干研究者報導了利用拉曼散射與溫度的關系構成分布式溫度傳感。一種是用改進的otdr分析斯托克斯與反斯托克斯后向散射分量之比。最近報導了只測量反斯托克斯分量和雙端拉曼otdr的分布溫度傳感， 測量長度達950m， 溫度分辨率。 此方案主要不足之處是拉曼散射系數很小， 幾乎比瑞利散射低3個數量級，因此需要大功率激光器及高增益低噪聲放大器。 近來有人研究了利用稀土光纖的溫度與吸收或與熒光的關系構成分布式溫度傳感。然而利用熒光特性要求稀土光纖有短的熒光壽命。以期達到要求的分辨率，故實現困難。 當前，也開展了利用非線性光學效應構成分布光纖傳感。如研究受澈拉曼放大和光學克爾效應。也報導了采用高雙折射光纖偏振模式耦臺及新穎的干涉方案等。