مبدأ العمل وتطبيق أجهزة استشعار الألياف الضوئية الموزعة

استشعار الألياف الضوئية 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, إلخ., the intensity, مرحلة, تكرار, and other parameters of the transmitted light in the fiber will change accordingly. من خلال الكشف عن هذه المعلمات للضوء المنقول, corresponding physical quantities can be obtained. This technology is called fiber optic sensing technology. خصائص الألياف الضوئية نفسها, مثل عدم الكهربة, المقاومة الكهرومغناطيسية, مقاومة الإشعاع, مقاومة الجهد العالي, لا يوجد توليد شرارة, and good insulation performance, جعل نظام استشعار الألياف الضوئية هو السائد في أنظمة الاستشعار ويستبدل أنظمة الاستشعار التقليدية تدريجيًا. عند الكميات الفيزيائية على الألياف الضوئية, such as pressure, درجة حرارة, رطوبة, المجال الكهربائي, المجال المغنطيسي, إلخ., change, 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, إلخ. 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, long measurement distance, مكافحة التدخل 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. في الوقت الحالي, 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, safety and reliability, مقاومة التآكل, and the ability to form fiber optic sensing networks. لذلك, they have broad application prospects in various fields such as industry, زراعة, الطب الحيوي, 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, انخفاض تكلفة الحصول على الإشارة لكل وحدة طول, 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. فضلاً عن ذلك, the coverage of fiber optic is wide, and it can measure systems with a wide range and spatial distribution. لذلك, since the late 1970s, تم تطوير استشعار الألياف الضوئية الموزعة على نطاق واسع, مع ظهور تكنولوجيا انعكاس المجال الزمني البصري (أوتدر), رامان تكنولوجيا انعكاس المجال الزمني البصري (ROTDR), تكنولوجيا انعكاس المجال الزمني البصري Brillouin (بوتدر), وتقنية انعكاس المجال الزمني البصري الحساسة للمرحلة (Φ- أوتدر, إلخ. في الوقت الحالي, رامان انعكاس المجال الزمني البصري (ROTDR) التكنولوجيا القائمة على قياس درجة الحرارة ناضجة نسبيا. فيما بينها, رامان انعكاس المجال الزمني البصري (ROTDR) تقوم التكنولوجيا بحقن الضوء النبضي في الألياف, ويتم إنشاء تأثير درجة الحرارة لطيف تشتت رامان الخلفي أثناء انتشار الضوء في الألياف. When the incident light quantum collides with the material molecules in the fiber, elastic and inelastic collisions occur. When elastic collision occurs, there is no energy exchange between the light quantum and the material molecules, and the frequency of the light quantum does not change in any way, resulting in Rayleigh scattering light maintaining the same wavelength as the incident light; In inelastic collisions, energy exchange occurs, 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. Due to the sensitivity of anti Stokes light to temperature, the system uses the Stokes optical channel as the reference channel and the anti Stokes optical channel as the signal channel. يمكن لنسبة الاثنين القضاء على عوامل غير درجة الحرارة مثل تقلبات إشارة مصدر الضوء وانحناء الألياف, achieving the collection of temperature information.

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, إلخ.

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