分散型光ファイバーセンサーの動作原理と応用-INNO

分散型光ファイバーセンシング この技術は光ファイバーの特性評価に重要な用途を持っています, 障害の位置特定, 光ファイバー環境温度の監視, ストレス, と振動. 光時間領域反射技術, 光時間領域解析技術, および光周波数領域解析技術は、分散型光ファイバーセンシング技術で一般的に使用されるいくつかの技術です。.

分散型光ファイバーセンサーは電力などの分野で広く使用されています。, 石油化学製品, 運輸, 土木工学, と航空宇宙. しかし, さまざまな業界で生産安全性の要件が高まっているため、, 単機能の分散型光ファイバーセンサーではもはやニーズを満たすことができません. エンジニアリングの安全条件をより包括的に理解するため, ユーザーは多くの場合、温度などのパラメータを同時に監視する必要があります。, 振動, あらゆる角度からリアルタイムでひずみを測定します. 一般的に, 要件を満たすには、少なくとも 2 つの異なる分散型光ファイバーセンサーセットを装備する必要があります。.

光ファイバーが温度などの外部要因の影響を受ける場合, ストレス, 振動, 等。, 強度, 位相, 頻度, それに応じて、ファイバー内の伝送光の他のパラメータも変化します。. 透過光のこれらのパラメータを検出することにより、, 対応する物理量が得られる. この技術は光ファイバーセンシング技術と呼ばれます. 光ファイバー自体の特性, 非電化など, 電磁耐性, 放射線耐性, 高電圧抵抗, 火花が発生しない, そして優れた断熱性能, 光ファイバーセンシングシステムをセンサーシステムの主流にし、徐々に従来のセンサーシステムを置き換えます. 光ファイバー上の物理量が, プレッシャーなどの, 温度, 湿度, 電界, 磁場, 等。, 変化, 光ファイバーの物理的特性の変化を引き起こします。, 光ファイバー内で伝送された光波のさまざまな光学効果が生じる, 飛散などの, 分極化, 強度の変化, 等. 光ファイバー内の光波の変化を検出することにより, 温度などの物理量, 圧力, 変形, そして水位も検知できる. 近年, 光電子デバイスの急速な発展, 特に半導体レーザー, 波長多重・光結合技術, 光電子信号の検出と処理, およびその他のテクノロジー, 光ファイバーを分散センサーシステムとして使用することを実現しました.

分散型光ファイバーセンシング技術は、建物などの大型基板の状態を監視するために広く使用されています, 橋, 分散測定の利点による傾斜と傾斜, 長い測定距離, 電磁干渉防止, そして高い絶縁強度. 電気工学の分野でも、海底ケーブルや架空送電線などの電気機器の温度やひずみを測定するために応用されています。, 非常に幅広い応用の可能性を秘めています. 目下, 分散型光ファイバーセンシング技術に基づいた変圧器巻線の温度とひずみの検出に関する報告はほとんどありません。.
光ファイバーセンサーには、電磁干渉に対する強い耐性など、多くの利点があります。, 高感度, 良好な電気絶縁性, 安全性と信頼性, 耐食性, 光ファイバーセンシングネットワークを形成する能力. そこで, 産業などのさまざまな分野での幅広い応用の可能性があります。, 農業, 生物医学, そして国防.
近年, ブリルアン光タイムドメインアナライザー, 分散型光ファイバーセンシング技術の代表的なものとして, 広く注目を集めています. 他の光ファイバーセンサーとの比較, ブリルアン光タイムドメインアナライザには、高い空間分解能などの利点があります。, 超長距離センシング, および動的測定. 温度や微小ひずみなどの物理量を高精度に同時に測定可能. 光ファイバーはセンサーコンポーネントと信号伝送チャネルの両方として機能するため、, 伝送信号として光信号を使用すると、構造コストを効果的に削減できます.

分散型光ファイバーセンシング技術は、センシング空間範囲が広いため、パイプライン漏洩監視技術で広く使用されています。, センシングと送信に同じファイバーを使用, シンプルな構造, 便利な使い方, 単位長あたりの信号取得コストが低い, 高い費用対効果.

従来のセンサーは電気式が主流, 測定範囲が狭く、系統接続が困難. さらに, ポイントセンサーは、広範囲および長距離を測定する場合、メンテナンスコストが高くなります. それに対して, 光ファイバーセンサーのセンサーは光ファイバーです, 安定した構造を持っている, 電磁干渉に対する耐性, 耐食性, 小さいサイズ, そして低コスト. さらに, 光ファイバーのカバー範囲は広い, 広範囲および空間分布を持つシステムを測定できます. そこで, 1970年代後半から, 分散型光ファイバーセンシングは広く開発されている, 光タイムドメイン反射技術の出現により (OTDRの), ラマン光時間領域反射技術 (ROTDR), ブリルアン光タイムドメイン反射技術 (ボットル), 位相感応型光タイムドメイン反射技術（Φ- OTDRの, 等. 目下, ラマン光の時間領域反射 (ROTDR) 温度測定に基づく技術は比較的成熟している. その中で, ラマン光の時間領域反射 (ROTDR) テクノロジーはパルス光をファイバーに注入します, 後方ラマン散乱スペクトルの温度効果は、ファイバー内の光の伝播中に生成されます。. 入射光量子がファイバー内の材料分子と衝突するとき, 弾性衝突と非弾性衝突が発生する. 弾性衝突が起こった場合, 光量子と物質分子の間にエネルギー交換は存在しない, そして光量子の周波数は決して変化しません, その結果、入射光と同じ波長を維持するレイリー散乱光が得られます。; 非弾性衝突では, エネルギー交換が起こる, そして光量子はフォノンを放出または吸収することができます, その結果、より長い波長のストークス光とより短い波長の反ストークス光が生成されます。. アンチストークス光は温度に敏感であるため, システムはストークス光チャネルを基準チャネルとして使用し、反ストークス光チャネルを信号チャネルとして使用します。. 2 つの比率により、光源信号の変動やファイバーの曲がりなどの温度以外の要因を排除できます。, 温度情報の収集を実現する.

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