OFDR分布式光纖傳感系統(tǒng)

1.1設備簡介

舜感光電OFDR系列產品是基于光頻域散射技術的分布式光纖溫度與應變傳感儀，產品支持1、2、4、8通道測量。通過采集、分析光纖各處瑞利散射信號頻移，OFDR單個通道可在 100米傳感范圍內實現(xiàn)1mm空間分辨率，相當于在一根光纖上同時測量十萬個傳感點，傳感精度達到±0.5°C /±5.0με，可廣泛應用于高分辨率、高精度測量領域。

1.1.1基本原理

本產品原理基于光頻域反射(OFDR)技術與光外差檢測技術相結合。

OFDR的基本原理如下圖所示。光源發(fā)出線性掃描的連續(xù)光被耦合器分為兩路，其中一束作為參考光，另一束作為探測光發(fā)射到待測光纖中。探測光在光纖中向前傳播時會不斷產生瑞利散射信號，這些信號光與反射回來的參考光經過耦合器并發(fā)生拍頻干涉，并被光電探測器檢測。

圖 1-1OFDR基本原理

光電探測器檢測到的光電流可以表示為：

其中，為光電轉換系數(shù)。上述表達式中前三項均被濾除（兩項為直流項，一項為高頻項），只剩最后的拍頻項。為拍頻頻率，光纖上Z位置的拍頻頻率可以表示為：

為線性掃頻光的掃頻速度，為Z位置參考光與探測光時延差，為光纖的有效折射率，為真空中光的傳播速度。根據(jù)上述公式，待測光纖上每點的物理位置與該點的拍頻頻率呈線性關系，由此可以實現(xiàn)光纖沿線的定位。每點反射回來信號的強度可以映射為該點的反射率，從而形成了OFDR距離-反射率曲線。

圖 1-2 線性掃頻光源

在進行應變或溫度傳感時，分別將參考狀態(tài)及測量狀態(tài)得到的瑞利散射信號按傳感空間分辨率大小劃分為多個信號窗口，通過互相關運算計算每個信號窗口的頻譜移動，結合溫度/應變頻移系數(shù)，得到該處的溫度/應變變化。

圖 1-3OFDR技術用于傳感

1.1.2產品特點及應用

OSI系列產品相對于傳統(tǒng)傳感設備，具有明顯的優(yōu)勢，主要表現(xiàn)在以下幾方面：

（1）在傳感器的選擇上更加簡單廣泛，任意一根普通通信光纖就可進行溫度與應變測量，取材簡便，價格低廉。

（2）工作原理先進，空間分辨率可達0.65mm，傳感測量精度可達到±0.5° C /±5με。

（3）支持1、2、4、8通道測量，能實現(xiàn)多路測量。

（4）單根光纖就同時測量成千上萬個傳感點，傳感點分布密集，測量準確度高。

（5）分布式測量，傳感器結構簡單，測試性能穩(wěn)定。

該系列產品性能優(yōu)異，可以應用于眾多領域，主要包括：

˙ 電力系統(tǒng)變壓器狀態(tài)監(jiān)測

˙ 土木結構健康監(jiān)測及性能分析

˙ 復合材料抗疲勞檢測

1.1.3產品性能

本系列產品的主要技術參數(shù)如下表所示。

表 1-1系列產品主要技術參數(shù)

1.2設備標準配置