اصل کار و کاربرد سنسورهای فیبر نوری توزیع شده

سنجش فیبر نوری توزیع شده فناوری کاربردهای مهمی در خصوصیات فیبر نوری دارد, محلی سازی خطا, و نظارت بر دمای محیطی فیبر نوری, استرس, و ارتعاش. فناوری بازتاب دامنه زمان نوری, فناوری تجزیه و تحلیل دامنه زمان نوری, و فناوری تجزیه و تحلیل دامنه فرکانس نوری چندین فناوری رایج مورد استفاده در فناوری سنجش فیبر نوری توزیع شده هستند..

سنسورهای فیبر نوری توزیع شده به طور گسترده در زمینه هایی مانند قدرت استفاده شده اند, پتروشیمی ها, حمل, مهندسی عمران, و هوافضا. اما, با افزایش الزامات ایمنی تولید در صنایع مختلف, سنسورهای فیبر نوری توزیع شده تک عملکردی دیگر نمی توانند نیازها را برآورده کنند. به منظور درک جامع تری از شرایط ایمنی مهندسی, کاربران اغلب نیاز به نظارت همزمان پارامترهایی مانند دما دارند, لرزش, و در زمان واقعی از همه زوایا فشار دهید. به طور کلی, حداقل دو مجموعه مختلف از سنسورهای فیبر نوری توزیع شده باید برای برآورده کردن الزامات مجهز شوند.

هنگامی که یک فیبر نوری تحت تأثیر عوامل خارجی مانند دما قرار می گیرد, استرس, لرزش, غیره., شدت, مرحله, فرکانس, و سایر پارامترهای نور عبوری در فیبر بر این اساس تغییر خواهند کرد. با تشخیص این پارامترهای نور عبوری, مقادیر فیزیکی مربوطه را می توان به دست آورد. این فناوری را فناوری سنجش فیبر نوری می نامند. ویژگی های خود فیبر نوری, مانند عدم برق رسانی, مقاومت الکترومغناطیسی, مقاومت در برابر تشعشع, مقاومت در برابر ولتاژ بالا, بدون تولید جرقه, و عملکرد عایق خوب, سیستم حسگر فیبر نوری را به جریان اصلی سیستم های حسگر تبدیل کرده و به تدریج جایگزین سیستم های حسگر سنتی می شود. هنگامی که مقادیر فیزیکی روی فیبر نوری, مانند فشار, درجه حرارت, رطوبت, میدان الکتریکی, میدان مغناطیسی, غیره., تغییر دهید, باعث تغییراتی در خصوصیات فیزیکی فیبر نوری می شود, منجر به اثرات نوری مختلف امواج نور ارسالی در فیبر نوری می شود, مانند پراکندگی, قطبی شدن, شدت تغییر می کند, غیره. با تشخیص تغییرات امواج نور در فیبرهای نوری, مقادیر فیزیکی مانند دما, فشار, تغییر شکل, و سطح آب قابل تشخیص است. در سال های اخیر, توسعه سریع دستگاه های اپتوالکترونیکی, به خصوص لیزرهای نیمه هادی, فناوری مالتی پلکسی تقسیم طول موج و کوپلینگ نوری, تشخیص و پردازش سیگنال های نوری الکترونیکی, و سایر فناوری ها, استفاده از فیبرهای نوری به عنوان سیستم های حسگر توزیع شده را به واقعیت تبدیل کرده است.

فناوری سنجش فیبر نوری توزیع شده به طور گسترده برای نظارت بر وضعیت بسترهای بزرگ مانند ساختمان ها استفاده می شود., پل ها, و شیب ها به دلیل مزایای آن در اندازه گیری توزیع شده است, فاصله اندازه گیری طولانی, ضد تداخل الکترومغناطیسی, و استحکام عایق بالا. همچنین در زمینه مهندسی برق برای اندازه گیری دما و فشار تجهیزات الکتریکی مانند کابل های زیردریایی و خطوط انتقال هوایی استفاده می شود., و چشم انداز کاربردی بسیار گسترده ای دارد. در حال حاضر, گزارش های کمی در مورد تشخیص دما و کرنش سیم پیچ ترانسفورماتور بر اساس فناوری سنجش فیبر نوری توزیع شده وجود دارد..
سنسورهای فیبر نوری مزایای زیادی مانند مقاومت قوی در برابر تداخل الکترومغناطیسی دارند, حساسیت بالا, عایق الکتریکی خوب, ایمنی و قابلیت اطمینان, مقاومت در برابر خوردگی, و توانایی تشکیل شبکه های سنجش فیبر نوری. بنابراین, آنها چشم انداز کاربرد گسترده ای در زمینه های مختلف مانند صنعت دارند, کشاورزی, زیست پزشکی, و دفاع ملی.
در سال های اخیر, تحلیلگر دامنه زمان نوری Brillouin, به عنوان نماینده معمولی فناوری سنجش فیبر نوری توزیع شده, مورد توجه گسترده قرار گرفته است. در مقایسه با سایر سنسورهای فیبر نوری, تحلیلگر دامنه زمانی نوری Brillouin دارای مزایایی مانند وضوح فضایی بالا است, سنجش از راه دور فوق العاده, و اندازه گیری دینامیک. می تواند به طور همزمان کمیت های فیزیکی مانند دما و میکرواسترین را با دقت بالا اندازه گیری کند. با توجه به این واقعیت که فیبرهای نوری هم به عنوان اجزای حسگر و هم به عنوان کانال های انتقال سیگنال عمل می کنند, استفاده از سیگنال های نوری به عنوان سیگنال های انتقال می تواند به طور موثر هزینه های ساختاری را کاهش دهد.

فناوری سنجش فیبر نوری توزیع شده به دلیل گستره فضای حسگر گسترده آن به طور گسترده در فناوری نظارت بر نشت خط لوله استفاده می شود., همان فیبر برای سنجش و انتقال, ساختار ساده, استفاده راحت, هزینه کم دریافت سیگنال در واحد طول, و مقرون به صرفه بودن بالا.

سنسورهای سنتی بیشتر از نوع الکتریکی هستند, با محدوده اندازه گیری کوچک و اتصال به شبکه دشوار است. Moreover, سنسورهای نقطه ای هنگام اندازه گیری بردهای بزرگ و مسافت های طولانی هزینه نگهداری بالایی دارند. در مقابل, سنسورهای سنسورهای فیبر نوری فیبر نوری هستند, که ساختاری پایدار دارد, مقاومت در برابر تداخل الکترومغناطیسی, مقاومت در برابر خوردگی, اندازه کوچک, و کم هزینه. به علاوه, پوشش فیبر نوری گسترده است, و می تواند سیستم هایی را با دامنه وسیع و توزیع فضایی اندازه گیری کند. بنابراین, از اواخر دهه 1970, سنجش فیبر نوری توزیع شده به طور گسترده توسعه یافته است, با ظهور فناوری بازتاب دامنه زمان نوری (اوت), فناوری بازتاب دامنه زمان نوری رامان (ROTDR), فناوری بازتاب دامنه زمان نوری بریلوین (BOTDR), و فناوری بازتاب دامنه زمانی نوری حساس به فاز (Φ- اوت, غیره. در حال حاضر, بازتاب دامنه زمان نوری رامان (ROTDR) فن آوری مبتنی بر اندازه گیری دما نسبتا بالغ است. در میان آنها, بازتاب دامنه زمان نوری رامان (ROTDR) تکنولوژی نور پالسی را به فیبر تزریق می کند, و اثر دمایی طیف پراکندگی رامان به عقب در طی انتشار نور در فیبر ایجاد می شود.. هنگامی که کوانتوم نور فرودی با مولکول های ماده در فیبر برخورد می کند, برخوردهای الاستیک و غیر ارتجاعی رخ می دهد. هنگامی که برخورد الاستیک رخ می دهد, هیچ تبادل انرژی بین کوانتوم نور و مولکول های ماده وجود ندارد, و فرکانس کوانتوم نور به هیچ وجه تغییر نمی کند, در نتیجه نور پراکنده ریلی همان طول موج نور فرودی را حفظ می کند; در برخوردهای غیر کشسان, تبادل انرژی رخ می دهد, و کوانتوم های نور می توانند فونون ها را آزاد یا جذب کنند, منجر به تولید نور استوکس با طول موج بلندتر و نور ضد استوکس با طول موج کوتاه تر می شود. به دلیل حساسیت نور ضد استوکس به دما, این سیستم از کانال نوری استوکس به عنوان کانال مرجع و کانال نوری ضد استوکس به عنوان کانال سیگنال استفاده می کند.. نسبت این دو می تواند عوامل غیر دمایی مانند نوسانات سیگنال منبع نور و خمش فیبر را حذف کند., دستیابی به جمع آوری اطلاعات دما.

FJINNO فراهم می کند سیستم های اندازه گیری دمای فیبر نوری توزیع شده, که به طور مستقیم توسط تولید کنندگان به فروش می رسد و می تواند به طور گسترده در گالری های لوله جامع استفاده شود, ترانشه های کابلی, خطوط لوله نفت و گاز, پستان ها, غیره.

سنسور دمای فیبر نوری, سیستم مانیتورینگ هوشمند, تولید کننده فیبر نوری توزیع شده در چین