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關于光纖分布式振動傳感的研究 - 筱曉光子實驗分析⑩ 2021-11-22

筱曉光子的光纖分布式傳感系統,是將光纖本身作為傳感器件,反饋光纖在不同位置的振動,溫度,應力等變量,并實現精確定位的系統。目前這種分布式傳感技術已經應用在長距離天然氣、石油傳輸泄露監控,橋梁等大型建筑的安全監測,以及大面積的安保系統中。


我們采用的是φ-OTDR技術,搭建了25km的光纖振動傳感系統,其理論基礎是光纖后向瑞利散射。光路系統如下圖所示:首先將1550 nm連續激光器 (Dense Light)的輸出激光用EDFA進行光功率放大,測得放大后功率為200 mW。聲光調制器(AOM)對放大后的激光進行快速調制,直接生成亞微秒級的脈沖光,激光的重復頻率,脈寬由信號發生器(AFG)控制。生成脈沖光后,將其送入25km的長光纖,由于光纖的后向瑞利散射,每一個脈沖光經過這25km的光纖,在25km光纖的起點都會探測到一段返回光。因此,在AOM后添加一個光環形器,將光纖的返回光轉移至另一路光纖并用光電探測器(PD)探測返回的光信號。


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系統示意圖


采集得到的光信號時域圖如下,脈沖光在光纖不同位置的瑞利散射光產生到被光電探測器接收,存在一定的時間差。因此,返回光信號在不同時間點的強度是與脈沖光在光纖不同位置的散射光強度相關的。當我們抖動光纖的不同位置時,由于介質的彈光效應,光纖的折射率發生突變,散射光之間的干涉導致該處光強急劇變化。最后提取光信號中這種急劇變化的特征,進行數據分析,作為該系統的最終輸出。


微信圖片_20211122091235.jpg


光信號時域圖


為了保證該分布式振動傳感系統的實時性,我們使用Matlab實時采集示波器的返回光信號數據,先進行平均化處理提升抖動信號的信噪比,然后進行逐幀求差和歸一化處理提取抖動的特征信號。


微信圖片_20211122091255.jpg


5km處抖動光纖對比圖


該圖為在5km處抖動光纖的反饋信號圖,驗證了本系統的功能,在5km處能監控到光纖振動,得到初步結果。
























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