2024-01-18 17:14:36
筱曉小課堂
DAS光纖傳感系統(tǒng) 隨著科技的不斷進步,光纖傳感技術逐漸在多個領域得到廣泛應用。其中,分布式聲波傳感技術(DAS)以其獨特的優(yōu)勢和性能,成為了研究的熱點。本文將重點介紹DAS光纖傳感技術的原理以及我們的研究進展。 分布式光纖聲波傳感(DAS)技術主要是一種利用激光在光纖中的后向瑞利散射來獲取沿線環(huán)境物理量變化的先進感知技術,具有環(huán)境適應性強、傳感范圍大、信道間光速同步、時空分辨精度高等優(yōu)勢。當光在光纖中傳播時,會與光纖中的分子發(fā)生相互作用,產生散射。根據彈光效應和胡克定律,外界擾動變化會改變光纖長度和折射率,調制光波傳輸?shù)墓獬毯蜁r延,進而導致接收端的光波相位發(fā)生變化。我們之前做的DVS系統(tǒng)已經證明了這一點: 筱曉光子實驗分析⑩——關于光纖分布式振動傳感的研究 筱曉小課堂
DAS的應用領域是什么?
DAS具有密集的空間感知和遠距離動態(tài)監(jiān)測等不可替代的優(yōu)勢,已初步應用于油氣資源勘探、碳儲存與監(jiān)測、自然災害探測、近地表地層分析等地球物理領域。
我們搭建的DAS系統(tǒng)結構圖如下所示。窄線寬激光器(NL Laser)輸出的激光分為兩路,10%的成分通過可調光衰減器(VOA)進行光功率控制,90%的光使用AOM進行脈沖化調制后,進入光環(huán)形器1端口,2端口連接分布式傳感光纖,3端口接受傳感光纖后向散射回的光,然后通過小信號EDFA對微弱的返回光進行放大,最后和VOA控制的本振光合束拍頻,使用PD轉化為電壓信號交給采集卡去解調。
傳感光纖放在藍牙音響上接受振動
實時采集音頻圖(前半段播放音樂,后半段停止)
提問&解答
對光源有要求嗎?
窄線寬激光器的選擇十分重要,如果激光器的相位噪聲較大,就會導致最終輸出的振動信號信噪比很小。
必須使用1550nm波段嗎?
1550nm的激光在光纖中傳輸擁有最小的損耗,這是它在通信領域的優(yōu)勢。對于長距離的分布式傳感系統(tǒng),我們認為低損耗同樣是一個很大的優(yōu)勢。
功率有要求嗎?
有要求,因為瑞利散射光還是比較微弱的,需要添加脈沖式EDFA增加信噪比。
AOM帶寬有什么要求?
要小于采集卡的解調頻率 ,所以我們選擇了100MHz的AOM,方便采集卡進行解調。
如何判斷聲波產生的位置?
OTDR技術就是解決這個問題的。通過OTDR技術,可以測量光纖中的瑞利散射,通過測量光纖中的光信號變化來確定振動產生的位置。具體來說,當光纖受到振動時,光纖中的光信號會產生相位調制和強度調制,這些調制信號會被OTDR設備檢測到。通過分析OTDR設備輸出的光信號,可以確定振動產生的位置。
隨著技術的不斷進步和應用需求的增長,DAS光纖傳感技術也在不斷發(fā)展。未來,DAS技術將朝著更高精度、更長距離和更快速響應的方向發(fā)展。同時,隨著新材料、新工藝和新算法的不斷涌現(xiàn),DAS技術的性能和應用范圍也將得到進一步拓展。
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