分布式光纤传感技术与光纤光栅传感技术在原理上的区别

本文介绍了分布式光纤传感技术的原理,以及简单的瑞利散射,拉曼散射和布里渊散射的概念,同时介绍了光纤光栅传感技术的原理,为后面理解分布式光纤传感器和光纤光栅传感器的使用环境和如何选择做了铺垫。

了解我们公司的朋友都知道,大成永盛是一家专注于光纤光栅和光纤保护的企业,特色优势专利产品为基于不锈钢无缝钢管封装技术的光纤光栅传感器,分布式光纤传感器和铠装光纤跳线。

北诺®毛细®无缝钢管光纤光栅传感器实物图 北诺®毛细®无缝钢管分布式光纤传感器实物图

图1

图2

北诺®毛细®无缝钢管铠装光纤跳线实物图

图3

在光纤传感领域,我们既生产光纤光栅传感器,也生产分布式光纤传感器,那么这两种光纤传感技术究竟有什么区别呢?

光纤光栅传感是一种基于反射光波长信息的光纤传感技术,其传感单元为光纤光栅。因此,其所测试的物理量既依赖于光纤光栅解调仪,更依赖于光纤光栅,为短距离定点式测量(单点式或多点式),即使是被称为准分布式或串式的多点光纤光栅传感器测量,依然是点式测量,只有在刻制了光纤光栅的那个点才能进行相应物理量的检测。其传感的原理大家来看下面这张图:

光纤光栅传感原理示意图

图4

光纤光栅解调仪发出的宽带光从左至右进入光纤,在经过光纤光栅时,会反射回一个特定波长的窄带光,该窄带光的波长取决于光纤光栅的光栅栅距(光栅周期)。其数学表达式为:λ=2nΛ,其中λ为光纤光栅中心波长; n为纤芯有效折射率;Λ为光栅栅距(光栅周期)。因此,光纤光栅解调仪解调出来的反射光波长λ和微观上光纤光栅的长度——光栅栅距(光栅周期)Λ存在对应关系。

光纤光栅的光栅栅距(光栅周期)会随着温度和外力的变化而变化,热胀冷缩,拉长压短。在经过大成永盛专业的封装之后(北诺®毛细®系列无缝钢管光纤光栅传感器),光纤光栅传感器反射光波长λ和温度、力、长度三个物理量存在了对应关系,这是光纤光栅传感技术的基本原理。

和光纤光栅传感不同,常见的分布式光纤传感是基于光纤内多种散射光强度、频率、相位信息的光纤传感技术,传感单元为光纤。其所测试的物理量除依赖于光纤以外,更多地依赖于调制解调设备和算法,所测得的物理量多为任意一段光纤传感器所处位置的物理量平均值(比如10公里光纤上每1米范围内温度的平均值),其传感的原理大家来看下面这张图:

分布式光纤传感原理示意图

图5

同样是光纤传感设备发出的宽带光从左至右进入光纤,由于光纤内固有的杂质所致,光会发生散射。你可以简单地理解为光作为粒子和光纤内的一些固有杂质发生了碰撞,碰撞后形成的粒子弹射地各个方向都是,频率也多了很多,这些光统称为散射光。按照散射光不同的光频率特征区分,这些散射有瑞利散射,拉曼散射和布里渊散射。

这些散射光信号通常会和光纤所处环境的位置、温度、应力、应变、振动等物理量有着对应的关系,人们也因此研发了各种设备,通过测量光纤内的以上散射信号变化,对分布式光纤传感器所处环境相关物理量进行测量。

需要说明的是,上图5分布式光纤传感原理图左下角所示散射信号为拉曼散射和布里渊散射,它们的频率、强度和入射光相差很远,而瑞利散射的频率和入射光相同。三种散射光的方向也不一定就是反向,我们所画仅为示意。也由于分布式光纤传感所涉技术较多,其细节我们在此暂不赘述。

不论是光纤光栅传感技术还是分布式光纤传感技术,都是基于光纤的传感技术。我们都知道,光纤功能很强大,但本身非常脆弱,如果不加保护,几乎无法直接使用。而光纤传感所涉应用环境比光纤通信所涉应用环境还要恶劣和复杂。因此,北京大成永盛科技有限公司开发出了基于不锈钢无缝钢管封装技术的系列产品,包括北诺®毛细®无缝钢管系列光纤光栅传感器、分布式光纤传感器和铠装光纤跳线,拓展了光纤在恶劣环境中的适用范围。

大成永盛的分布式光纤传感器为通用型产品,适配于各个厂家的解调设备,包括但不限于各种布里渊散射(BOTDR、BOTDA、BOFDR等)、瑞利散射(OTDR、OFDR)和拉曼散射(FOTDR、FOFDR、ROTDR、ROFDR等)光纤传感系统,从原理上来讲,不存在与解调设备的适配问题,大家可以放心使用。

以上是分布式光纤传感技术与光纤光栅传感技术在原理上的区别,由于我们经常遇到客户选择大成永盛哪一种光纤传感器的问题,我们将在后续给大家讲解它们的适用环境,敬请关注。

我们的理念是:“北诺®,让光纤不脆弱!”

声明:本公司系列产品多包含了包括商标和专利在内的多项知识产权,为推动行业发展和技术进步,北诺®毛细®系列无缝钢管分布式光纤传感器价格适中,鼓励大家正规渠道购买。未经授权,请勿仿制!


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