Il principio di funzionamento e l'applicazione dei sensori a fibra ottica distribuiti

Rilevamento distribuito in fibra ottica La tecnologia ha importanti applicazioni nella caratterizzazione delle fibre ottiche, localizzazione dei guasti, e monitoraggio della temperatura ambientale in fibra ottica, stress, e vibrazione. Tecnologia ottica di riflessione nel dominio del tempo, Tecnologia di analisi ottica nel dominio del tempo, e la tecnologia di analisi ottica nel dominio della frequenza sono diverse tecnologie comunemente utilizzate nella tecnologia di rilevamento distribuito in fibra ottica.

I sensori in fibra ottica distribuiti sono stati ampiamente utilizzati in campi come l'energia, Petrolchimico, trasporto, ingegneria civile, e aerospaziale. Tuttavia, con i crescenti requisiti di sicurezza della produzione in vari settori, I sensori in fibra ottica distribuiti a funzione singola non possono più soddisfare le esigenze. Al fine di avere una comprensione più completa delle condizioni di sicurezza ingegneristiche, Gli utenti hanno spesso la necessità di monitorare contemporaneamente parametri come la temperatura, vibrazione, e deformazione in tempo reale da tutte le angolazioni. Generalmente, Almeno due diversi set di sensori a fibre ottiche distribuite devono essere equipaggiati per soddisfare i requisiti.

Quando una fibra ottica è influenzata da fattori esterni come la temperatura, stress, vibrazione, and so on., L'intensità, fase, frequenza, e altri parametri della luce trasmessa nella fibra cambieranno di conseguenza. Rilevando questi parametri della luce trasmessa, si possono ottenere quantità fisiche corrispondenti. Questa tecnologia è chiamata tecnologia di rilevamento in fibra ottica. Le caratteristiche della fibra ottica stessa, come la non elettrificazione, Resistenza elettromagnetica, Resistenza alle radiazioni, Resistenza ad alta tensione, Nessuna generazione di scintille, e buone prestazioni di isolamento, Rendere il sistema di rilevamento in fibra ottica il mainstream dei sistemi di sensori e sostituire gradualmente i sistemi di sensori tradizionali. Quando le grandezze fisiche sulla fibra ottica, come la pressione, temperatura, umidità, campo elettrico, campo magnetico, and so on., cambiare, Causerà cambiamenti nelle caratteristiche fisiche della fibra ottica, con conseguenti vari effetti ottici delle onde luminose trasmesse nella fibra ottica, come la dispersione, polarizzazione, variazioni di intensità, and so on. Rilevando i cambiamenti nelle onde luminose nelle fibre ottiche, grandezze fisiche come la temperatura, pressione, deformazione, e il livello dell'acqua può essere rilevato. Negli ultimi anni, Il rapido sviluppo dei dispositivi optoelettronici, in particolare i laser a semiconduttore, Multiplexing a divisione di lunghezza d'onda e tecnologia di accoppiamento ottico, Rilevamento ed elaborazione di segnali optoelettronici, e altre tecnologie, ha reso possibile l'utilizzo delle fibre ottiche come sistemi di sensori distribuiti.

La tecnologia di rilevamento distribuito in fibra ottica è ampiamente utilizzata per il monitoraggio delle condizioni di substrati di grandi dimensioni come gli edifici, Ponti, e pendenze grazie ai suoi vantaggi di misurazione distribuita, lunga distanza di misurazione, Anti Interferenze Elettromagnetiche, e un'elevata forza di isolamento. Viene anche applicato nel campo dell'ingegneria elettrica per misurare la temperatura e la deformazione di apparecchiature elettriche come cavi sottomarini e linee di trasmissione aeree, e ha una prospettiva applicativa molto ampia. Adesso, Ci sono pochi rapporti sul rilevamento della temperatura e della deformazione dell'avvolgimento del trasformatore basati sulla tecnologia di rilevamento distribuito in fibra ottica.
I sensori in fibra ottica presentano molti vantaggi, come una forte resistenza alle interferenze elettromagnetiche, alta sensibilità, buon isolamento elettrico, Sicurezza e affidabilità, resistenza alla corrosione, e la capacità di formare reti di rilevamento in fibra ottica. Pertanto, Hanno ampie prospettive di applicazione in vari campi come l'industria, agricoltura, biomedicina, e difesa nazionale.
Negli ultimi anni, l'analizzatore ottico nel dominio del tempo Brillouin, come tipico rappresentante della tecnologia di rilevamento distribuito in fibra ottica, ha ricevuto un'attenzione diffusa. Rispetto ad altri sensori in fibra ottica, l'analizzatore ottico nel dominio del tempo Brillouin presenta vantaggi come l'elevata risoluzione spaziale, Rilevamento a distanza ultra lunga, e misurazione dinamica. È in grado di misurare simultaneamente grandezze fisiche come temperatura e microdeformazione con elevata precisione. A causa del fatto che le fibre ottiche fungono sia da componenti del sensore che da canali di trasmissione del segnale, L'utilizzo di segnali ottici come segnali di trasmissione può ridurre efficacemente i costi strutturali.

La tecnologia di rilevamento distribuito in fibra ottica è ampiamente utilizzata nella tecnologia di monitoraggio delle perdite delle tubazioni grazie alla sua ampia gamma di spazi di rilevamento, la stessa fibra per il rilevamento e la trasmissione, Struttura semplice, Comodo da usare, Basso costo di acquisizione del segnale per unità di lunghezza, e un'elevata economicità.

I sensori tradizionali sono per lo più di tipo elettrico, con campo di misura ridotto e difficile collegamento alla rete. Inoltre, I sensori puntuali hanno costi di manutenzione elevati quando si misurano grandi distanze e lunghe distanze. In contrasto, I sensori dei sensori in fibra ottica sono in fibra ottica, che ha una struttura stabile, resistenza alle interferenze elettromagnetiche, resistenza alla corrosione, di piccole dimensioni, e a basso costo. Inoltre, La copertura della fibra ottica è ampia, ed è in grado di misurare sistemi con un'ampia gamma e distribuzione spaziale. Pertanto, dalla fine degli anni '70, Il rilevamento distribuito in fibra ottica è stato ampiamente sviluppato, Con l'emergere della tecnologia di riflessione ottica nel dominio del tempo (OTDR), Tecnologia di riflessione ottica Raman nel dominio del tempo (ROTDR), Tecnologia di riflessione ottica nel dominio del tempo Brillouin (BOTDR), e la tecnologia di riflessione ottica nel dominio del tempo sensibile alla fase ( Φ- OTDR, and so on. Adesso, Riflessione ottica Raman nel dominio del tempo (ROTDR) La tecnologia basata sulla misurazione della temperatura è relativamente matura. Tra loro, Riflessione ottica Raman nel dominio del tempo (ROTDR) La tecnologia inietta luce pulsata nella fibra, e l'effetto della temperatura dello spettro di scattering Raman all'indietro viene generato durante la propagazione della luce nella fibra. Quando il quanto di luce incidente si scontra con le molecole di materiale nella fibra, si verificano collisioni elastiche e anelastiche. Quando si verifica una collisione elastica, Non c'è scambio di energia tra il quanto di luce e le molecole materiali, e la frequenza del quantum di luce non cambia in alcun modo, con il risultato che la luce di diffusione di Rayleigh mantiene la stessa lunghezza d'onda della luce incidente; Nelle collisioni anelastiche, avviene lo scambio di energia, e i quanti di luce possono rilasciare o assorbire i fononi, con conseguente generazione di una luce Stokes a lunghezza d'onda più lunga e di una luce anti Stokes a lunghezza d'onda più corta. A causa della sensibilità della luce anti Stokes alla temperatura, il sistema utilizza il canale ottico Stokes come canale di riferimento e il canale ottico anti Stokes come canale del segnale. Il rapporto tra i due può eliminare fattori non di temperatura come le fluttuazioni del segnale della sorgente luminosa e la flessione della fibra, Ottenere la raccolta di informazioni sulla temperatura.

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