مبدأ العمل وتطبيق أجهزة استشعار الألياف الضوئية الموزعة

استشعار الألياف البصرية الموزعة technology has important applications in fiber optic characterization, توطين الخطأ, and monitoring of fiber optic environmental temperature, ضغط, والاهتزاز. Optical time-domain reflection technology, optical time-domain analysis technology, and optical frequency-domain analysis technology are several commonly used technologies in distributed fiber optic sensing technology.

Distributed fiber optic sensors have been widely used in fields such as power, البتروكيماويات, مواصلات, الهندسة المدنية, والفضاء. لكن, with the increasing production safety requirements in various industries, single function distributed fiber optic sensors can no longer meet the needs. In order to have a more comprehensive understanding of engineering safety conditions, users often need to simultaneously monitor parameters such as temperature, اهتزاز, and strain in real-time from all angles. عمومًا, يجب تجهيز مجموعتين مختلفتين على الأقل من أجهزة استشعار الألياف الضوئية الموزعة لتلبية المتطلبات.

عندما تتأثر الألياف الضوئية بالعوامل الخارجية مثل درجة الحرارة, ضغط, اهتزاز, الخ., الشدة, مرحلة, تكرار, وسوف تتغير المعلمات الأخرى للضوء المنقول في الألياف وفقًا لذلك. من خلال الكشف عن هذه المعلمات للضوء المنقول, ويمكن الحصول على الكميات الفيزيائية المقابلة. وتسمى هذه التقنية بتقنية استشعار الألياف الضوئية. خصائص الألياف الضوئية نفسها, مثل عدم الكهربة, المقاومة الكهرومغناطيسية, مقاومة الإشعاع, مقاومة الجهد العالي, لا يوجد توليد شرارة, وأداء العزل الجيد, جعل نظام استشعار الألياف الضوئية هو السائد في أنظمة الاستشعار ويستبدل أنظمة الاستشعار التقليدية تدريجيًا. عند الكميات الفيزيائية على الألياف الضوئية, مثل الضغط, درجة حرارة, رطوبة, المجال الكهربائي, المجال المغنطيسي, الخ., يتغير, فإنه سوف يسبب تغييرات في الخصائص الفيزيائية للألياف الضوئية, مما يؤدي إلى تأثيرات بصرية مختلفة لموجات الضوء المنقولة في الألياف الضوئية, مثل التشتت, الاستقطاب, تغيرات الشدة, الخ. من خلال الكشف عن التغيرات في موجات الضوء في الألياف الضوئية, physical quantities such as temperature, ضغط, تشوه, and water level can be detected. في السنوات الأخيرة, the rapid development of optoelectronic devices, especially semiconductor lasers, wavelength division multiplexing and optical coupling technology, detection and processing of optoelectronic signals, and other technologies, has made it a reality for optical fibers to be used as distributed sensor systems.

Distributed fiber optic sensing technology is widely used for monitoring the condition of large substrates such as buildings, الجسور, and slopes due to its advantages of distributed measurement, مسافة قياس طويلة, مكافحة التداخل الكهرومغناطيسي, and high insulation strength. It is also applied in the field of electrical engineering to measure temperature and strain of electrical equipment such as submarine cables and overhead transmission lines, and has a very broad application prospect. حالا, there are few reports on the detection of transformer winding temperature and strain based on distributed fiber optic sensing technology.
Fiber optic sensors have many advantages such as strong resistance to electromagnetic interference, حساسية عالية, عزل كهربائي جيد, السلامة والموثوقية, مقاومة التآكل, and the ability to form fiber optic sensing networks. لذلك, they have broad application prospects in various fields such as industry, زراعة, biomedicine, and national defense.
في السنوات الأخيرة, the Brillouin optical time-domain analyzer, as a typical representative of distributed fiber optic sensing technology, has received widespread attention. Compared with other fiber optic sensors, the Brillouin optical time-domain analyzer has advantages such as high spatial resolution, ultra long distance sensing, and dynamic measurement. It can simultaneously measure physical quantities such as temperature and microstrain with high precision. Due to the fact that optical fibers serve as both sensor components and signal transmission channels, using optical signals as transmission signals can effectively reduce structural costs.

Distributed fiber optic sensing technology is widely used in pipeline leakage monitoring technology due to its wide sensing space range, the same fiber for sensing and transmission, هيكل بسيط, استخدام مريح, low cost of signal acquisition per unit length, وفعالية التكلفة العالية.

Traditional sensors are mostly electric type, with small measurement range and difficult grid connection. علاوة على ذلك, point sensors have high maintenance costs when measuring large ranges and long distances. في المقابل, the sensors of fiber optic sensors are fiber optic, which has a stable structure, مقاومة التداخل الكهرومغناطيسي, مقاومة التآكل, حجم صغير, وتكلفة منخفضة. بالإضافة, the coverage of fiber optic is wide, and it can measure systems with a wide range and spatial distribution. لذلك, منذ أواخر السبعينيات, تم تطوير استشعار الألياف الضوئية الموزعة على نطاق واسع, مع ظهور تكنولوجيا انعكاس المجال الزمني البصري (أوتدر), رامان تكنولوجيا انعكاس المجال الزمني البصري (روتدر), تكنولوجيا انعكاس المجال الزمني البصري Brillouin (BOTDR), وتقنية انعكاس المجال الزمني البصري الحساسة للمرحلة (Φ- أوتدر, الخ. حالا, رامان انعكاس المجال الزمني البصري (روتدر) التكنولوجيا القائمة على قياس درجة الحرارة ناضجة نسبيا. من بينها, رامان انعكاس المجال الزمني البصري (روتدر) تقوم التكنولوجيا بحقن الضوء النبضي في الألياف, ويتم إنشاء تأثير درجة الحرارة لطيف تشتت رامان الخلفي أثناء انتشار الضوء في الألياف. عندما يصطدم الكم الضوئي الساقط بجزيئات المادة الموجودة في الألياف, تحدث تصادمات مرنة وغير مرنة. عند حدوث تصادم مرن, لا يوجد تبادل للطاقة بين الكم الضوئي وجزيئات المادة, ولا يتغير تردد الكم الضوئي بأي شكل من الأشكال, مما أدى إلى تشتت ضوء رايلي مع الحفاظ على نفس الطول الموجي للضوء الساقط; في التصادمات غير المرنة, يحدث تبادل الطاقة, ويمكن للكمات الخفيفة أن تطلق أو تمتص الفونونات, مما يؤدي إلى توليد ضوء ستوكس ذو طول موجي أطول وضوء مضاد ستوكس ذو طول موجي أقصر. نظرا لحساسية ضوء ستوكس المضاد لدرجة الحرارة, يستخدم النظام قناة ستوكس الضوئية كقناة مرجعية والقناة الضوئية المضادة لستوكس كقناة إشارة. يمكن لنسبة الاثنين القضاء على عوامل غير درجة الحرارة مثل تقلبات إشارة مصدر الضوء وانحناء الألياف, تحقيق جمع المعلومات درجة الحرارة.

يوفر FJINNO أنظمة قياس درجة حرارة الألياف الضوئية الموزعة, والتي يتم بيعها مباشرة من قبل الشركات المصنعة ويمكن استخدامها على نطاق واسع في معارض الأنابيب الشاملة, خنادق الكابلات, خطوط أنابيب النفط والغاز, المحطات الفرعية, الخ.

مستشعر درجة حرارة الألياف البصرية, نظام مراقبة ذكي, الشركة المصنعة للألياف البصرية الموزعة في الصين