基于某瑞利散射地全分布光纤传感技术.docxVIP

精品word学习资料可编辑 名师归纳总结——欢迎下载 基于瑞利散射的分布式光纤传感技术 瑞利散射是入射光与介质中的微观粒子发生弹性碰撞引起的， 散射光的频率与入射光的频率一样； 一般采纳光时域反射 〔OTDR〕结构来实现被测量的空间定位；瑞利散射的原理是 沿光纤传播的光在纤芯内各点都会有损耗， 一局部光沿着与光纤传播方向成 180°的方向散射，返回光源； 利用分析光纤中后向散射光的方法测量因散射、 吸取等缘由产生的光纤传输损耗和各种结构缺陷引起的结构性损耗， 通过显示损耗与光纤长度的关系来检测外界信号场 分布于光纤上的扰动信息； 由于瑞利散射属于本征损耗， 因此可以作为应变场检测参量的信 息载体，供应沿光路全程的单值连续检测信号； 精品word学习资料可编辑 名师归纳总结——欢迎下载 |精. |品. |可. |编. |辑. |学. |习. |资. |料. * | * | * | * | |欢. |迎. |下. |载. 利用光时域反射 〔 OTDR〕原理来实现对空间分布的温度的测量； 当窄带光脉冲被注入到光纤中去时， 该系统通过测后向散射光强随时间变化的关系来检查光纤的连续性并测出其衰 减；入射光经背向散射返回到光纤入射端所需的时间为 t ，激光脉冲在光纤中所走过的路程 为 2L=v*t ；v 是光在光纤中传播的速度， v=c/n ，c 为真空中的光速， n 为光纤的折射率；在t 时刻测量的是离光纤入射端距离为 L 处局域的背向散射光；采纳 OTDR技术，可以确定光纤处的损耗，光纤故障点、断点的位置； 精品word学习资料可编辑 名师归纳总结——欢迎下载 可以看出，在光纤背向散射谱分布图中，激发线 v0 两侧的频谱是成对显现的；在低频 精品word学习资料可编辑 名师归纳总结——欢迎下载 精品word学习资料可编辑 名师归纳总结——欢迎下载 一侧频率为 v0 v的散射光为斯托克斯光 Stokes ；在高频的一侧频率为 v0 v的散射光 精品word学习资料可编辑 名师归纳总结——欢迎下载 为反斯托克斯光 anti-Stoke ，它们同时包含在拉曼散射和布里渊散射谱中； 光纤中的散射光谱 基于瑞利散射的光纤传感技术原理 瑞利散射主要特点有： 瑞利散射属于弹性散射， 不转变光波的频率， 即瑞利散射光与入射光具有一样的波 精品word学习资料可编辑 名师归纳总结——欢迎下载 长； 散射光强与入射光波长的四次方成反比，即 精品word学习资料可编辑 名师归纳总结——欢迎下载 4I ( ) 4 1 (3 1) 精品word学习资料可编辑 名师归纳总结——欢迎下载 上式明确，入射光的波长越长，瑞利散射光的强度越小； 0散射光强随观看方向而变，在不同的观看方向上，散射光强不同，可表示为 0 精品word学习资料可编辑 名师归纳总结——欢迎下载 |精. |品. |可. |编. |辑. |学. |习. I ( ) I (1 cos2 ) (3 2) 精品word学习资料可编辑 名师归纳总结——欢迎下载 |资. |料. * | * 其中， 为入射光方向与散射光方向的夹角； I 0 是 / 2 方向上的散射光强； 精品word学习资料可编辑 名师归纳总结——欢迎下载 | * | * | |欢. |迎. |下. |载. 散射光具有偏振性， 其偏振程度取决于散射光与入射光的夹角； 自然光入射到各项同性介质中， 在垂直于入射方向上的散射光是线偏振光， 在原入射光与其反方向上， 散射光仍是自然光，在其他方向上是局部偏振光，偏振程度与 角有关； 对于光纤中脉宽为 W的脉冲光，它的瑞利散射功率 PR 为 精品word学习资料可编辑 名师归纳总结——欢迎下载 精品word学习资料可编辑 名师归纳总结——欢迎下载 PR PS SW v (3 3) 2 精品word学习资料可编辑 名师归纳总结——欢迎下载 当光波在光纤中向前传输时，会在光纤沿线不断产生背向的瑞利散射光，依据式 (3-3) 可知， 这些散射光的功率与引起散射的光波功率成正比； 由于光纤中存在损耗， 光波在光纤中传播时能量会不断衰减， 因此光纤中不同位置处产生的瑞利散射信号便携带有光纤沿线的 损耗信息； 另外， 由于瑞利散射发生时会保持散射前光波的偏振态， 所以瑞利散射信号同时包含光波偏振态的信息； 因此， 当瑞利散射光返回到光纤入射端后， 通过检测瑞利散射信号的功率、偏振态等信息，可对 外部因素作用后光纤中显现的缺陷等现象进展探测，从而实 现对作用在光纤上的相关参量如压力、弯曲等的传感； 光时域反射〔 OTDR〕技术 OTDR原理 光时域反射技术用于检测光纤的损耗特性，它是检测光纤衰减、断裂和进展空间故障定位的有力手段，同时也是