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分布式光纤传感器 分布式光纤传感器 分布式传感器可以准确测量光纤沿线上任意一点上的应力、温度、振动等信息。 光纤周界安防系统主要基于分布式光纤振动传感器。将光纤固定于需要传感的围栏上，当有外界入侵时，光纤中的传感信号受到入侵信号的调制而发生变化，通过分析这个变化就得到入侵的具体位置，从而实现分布式入侵检测。 分布式传感主要是后向散射类传感，这又包括时域和频域分析，本报告主要讨论时域散射类传感。 光纤中的散射信号 光纤中的散射信号主要包括三类： 瑞利散射，由折射率起伏引起； 拉曼散射，由光学声子引起； 布里渊散射，由声学声子引起。 其散射光谱图入下： 图1 散射光谱图 OTDR技术 散射类光纤传感主要运用OTDR技术实现，此技术通过向光纤中注入光脉冲并接收光纤内的后向散射光实现传感，外部事件会对后向散射光的幅度、相位、波长（频率）和偏振态产生影响，利用入射信号与返回信号的时间差可得出事件点与OTDR的距离： 其中 c：真空光速；n：折射率；τ：时延。 OTDR技术的空间分辨率 基于OTDR技术的传感器均有类似的空间分辨率，其表达式如下： 其中 c：真空光速；n：折射率；T：脉冲宽度。 图2 空间分辨率示意图 瑞利散射分布式传感 基于瑞利散射的传感技术主要有以下几类： 普通OTDR； 相位敏感OTDR（φ-OTDR）； 相干OTDR（COTDR）； 偏振OTDR（POTDR）。 普通OTDR用于光纤测试 普通的OTDR一般用来检测光纤中的熔接点、连接器的损耗和位置，技术已经十分成熟，它利用的是瑞利散射光。 图3 OTDR用于光纤测试 相位敏感OTDR（φ-OTDR） 把普通OTDR的光源换成窄线宽激光器，则可用来实现对外界微扰的分布式定位，这便是φ-OTDR，它利用的仍旧是瑞利散射光，但由于光源相干性提高，散射光受到外界干扰后相位发生变化导致幅度也发生较大变化，通过检测幅度的畸变点便实现了分布式测量。 φ-OTDR扰动定位 φ-OTDR灵敏度高并且可以实现多点扰动定位，但是由于对激光器线宽要求很高(kHz)，导致成本很高。 图4 φ-OTDR扰动定位 COTDR相干检测扰动定位 通过相干检测技术可以大幅度提高φ-OTDR的信噪比，通过相干技术实现φ-OTDR解调的方法叫做COTDR，其系统搭建图如下所示。 图5 相干检测OTDR COTDR实例 英国OptaSense公司的分布式光纤声学传感器(DAS)。 Interrogator Unit Send a conditioned pulse of light into the fibre to create virtual microphones. Processing Unit User Interface The acoustic data is received by here which monitors each microphone channel in real time for the presence of specific acoustic events. Presents the real time event data to the operator in a clear and intuitive manner where classified alerts are shown on a map display with location coordinates. POTDR扰动定位 POTDR利用的是后向散射光的偏振信息受外界调制产生变化实现定位传感，它有两种基本结构： 图6 P-OTDR的两种基本结构 POTDR的数据处理（1） 基于POTDR的分布式传感有两种数据处理方法，一种处理方法算法简单但是只能定位第一个扰动，另一种方法可实现多点定位，但是对硬件要求高，数据处理也相对复杂。 方法1 （数据处理简单，单点定位）。 连续采集多条背向散射曲线，采用差值除以信号本身来调整差值信号使得调整后的差值信号在整个传感范围内均匀分布。设x(i)是第i条数据，则调整后的差值信号为[x(i+n)-x(i)]/x(i)，得到的多条差值曲线如图7所示，n根据实际取值。 图7 POTDR数据处理 POTDR的数据处理（2） 方法2（数据处理复杂，多点定位）。 POTDR多点定位振动传感器基于所得数据的谱分析，其系统结构如图。 图8 P-OTDR试验框图 POTDR的数据处理（3） 假设每0.1ms采集一次数据并储存，那么每秒得到10k条数据，这样可以得到在某一固定位置z1处的一条关于时间的曲线，如果此处出现扰动，在z1处的数据会在某一固定常量左右变化。 图9 POTDR数据谱分析 POTDR的数据处理（4） 对于多点入侵信号，普通的数据相减的方法不再适用，因为第