Nguyên lý làm việc và ứng dụng của cảm biến sợi quang phân tán

Cảm biến sợi quang phân tán Công nghệ có ứng dụng quan trọng trong mô tả đặc tính sợi quang, Bản địa hóa lỗi, và giám sát nhiệt độ môi trường sợi quang, trọng âm, và rung động. Công nghệ phản xạ miền thời gian quang học, Công nghệ phân tích miền thời gian quang học, và công nghệ phân tích miền tần số quang là một số công nghệ thường được sử dụng trong công nghệ cảm biến cáp quang phân tán.

Cảm biến cáp quang phân tán đã được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như điện, hóa dầu, Giao thông vận tải, Kỹ thuật dân dụng, và hàng không vũ trụ. Tuy nhiên, với yêu cầu an toàn sản xuất ngày càng tăng trong các ngành công nghiệp khác nhau, Cảm biến cáp quang phân tán chức năng đơn không còn có thể đáp ứng nhu cầu. Để có sự hiểu biết toàn diện hơn về các điều kiện an toàn kỹ thuật, Người dùng thường cần đồng thời theo dõi các thông số như nhiệt độ, rung động, và căng thẳng trong thời gian thực từ mọi góc độ. Nói chung, ít nhất hai bộ cảm biến cáp quang phân tán khác nhau cần được trang bị để đáp ứng các yêu cầu.

Khi sợi quang bị ảnh hưởng bởi các yếu tố bên ngoài như nhiệt độ, trọng âm, rung động, v.v., cường độ, pha, tần số, và các thông số khác của ánh sáng truyền qua trong sợi quang sẽ thay đổi tương ứng. Bằng cách phát hiện các thông số này của ánh sáng truyền qua, có thể thu được các đại lượng vật lý tương ứng. Công nghệ này được gọi là công nghệ cảm biến cáp quang. Các đặc điểm của bản thân sợi quang, chẳng hạn như không điện khí hóa, Điện trở điện từ, kháng bức xạ, điện trở điện áp cao, Không tạo tia lửa, và hiệu suất cách nhiệt tốt, biến hệ thống cảm biến cáp quang trở thành xu hướng chủ đạo của hệ thống cảm biến và dần thay thế các hệ thống cảm biến truyền thống. Khi các đại lượng vật lý trên sợi quang, chẳng hạn như áp suất, nhiệt độ, độ ẩm, Điện trường, từ trường, v.v., thay đổi, Nó sẽ gây ra những thay đổi về đặc tính vật lý của sợi quang, dẫn đến các hiệu ứng quang học khác nhau của sóng ánh sáng truyền qua trong sợi quang, chẳng hạn như tán xạ, Phân cực, Thay đổi cường độ, v.v. Bằng cách phát hiện những thay đổi trong sóng ánh sáng trong sợi quang, các đại lượng vật lý như nhiệt độ, áp lực, biến dạng, và mực nước có thể được phát hiện. Trong những năm gần đây, Sự phát triển nhanh chóng của các thiết bị quang điện tử, đặc biệt là laser bán dẫn, Ghép kênh phân chia bước sóng và công nghệ ghép nối quang, Phát hiện và xử lý tín hiệu quang điện tử, và các công nghệ khác, đã biến sợi quang trở thành hiện thực để sử dụng làm hệ thống cảm biến phân tán.

Công nghệ cảm biến cáp quang phân tán được sử dụng rộng rãi để theo dõi tình trạng của các chất nền lớn như tòa nhà, Cầu, và độ dốc do ưu điểm của phép đo phân tán, khoảng cách đo dài, Chống nhiễu điện từ, và độ bền cách nhiệt cao. Nó cũng được ứng dụng trong lĩnh vực kỹ thuật điện để đo nhiệt độ và biến dạng của các thiết bị điện như cáp ngầm và đường dây tải điện trên không, và có triển vọng ứng dụng rất rộng. Giờ đây, Có rất ít báo cáo về việc phát hiện nhiệt độ cuộn dây và biến áp dựa trên công nghệ cảm biến sợi quang phân tán.
Cảm biến sợi quang có nhiều ưu điểm như khả năng chống nhiễu điện từ mạnh, độ nhạy cao, cách điện tốt, An toàn và độ tin cậy, chống ăn mòn, và khả năng hình thành mạng cảm biến cáp quang. Do đó, Chúng có triển vọng ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khác nhau như công nghiệp, nông nghiệp, Y sinh, và quốc phòng.
Trong những năm gần đây, máy phân tích miền thời gian quang học Brillouin, Là đại diện điển hình của công nghệ cảm biến cáp quang phân tán, đã nhận được sự chú ý rộng rãi. So với các cảm biến sợi quang khác, máy phân tích miền thời gian quang học Brillouin có những ưu điểm như độ phân giải không gian cao, Cảm biến khoảng cách cực xa, và đo lường động. Nó có thể đo đồng thời các đại lượng vật lý như nhiệt độ và vi biến dạng với độ chính xác cao. Do thực tế là sợi quang đóng vai trò là thành phần cảm biến và kênh truyền tín hiệu, Sử dụng tín hiệu quang làm tín hiệu truyền dẫn có thể giảm chi phí cấu trúc một cách hiệu quả.

Công nghệ cảm biến cáp quang phân tán được sử dụng rộng rãi trong công nghệ giám sát rò rỉ đường ống do phạm vi không gian cảm biến rộng, cùng một sợi quang để cảm biến và truyền dẫn, Cấu trúc đơn giản, Sử dụng thuận tiện, Chi phí thu nhận tín hiệu thấp trên một đơn vị chiều dài, và hiệu quả chi phí cao.

Cảm biến truyền thống chủ yếu là loại điện, với phạm vi đo nhỏ và kết nối lưới khó. Hơn nữa, Cảm biến điểm có chi phí bảo trì cao khi đo phạm vi lớn và khoảng cách xa. Ngược lại, Các cảm biến của cảm biến sợi quang là sợi quang, có cấu trúc ổn định, khả năng chống nhiễu điện từ, chống ăn mòn, kích thước nhỏ, và chi phí thấp. Ngoài ra, Phạm vi phủ sóng của cáp quang rộng, và nó có thể đo các hệ thống có phạm vi rộng và phân bố không gian. Do đó, từ cuối những năm 1970, Cảm biến cáp quang phân tán đã được phát triển rộng rãi, Với sự xuất hiện của công nghệ phản xạ miền thời gian quang học (OTDR), Công nghệ phản xạ miền thời gian quang học Raman (ROTDR), Công nghệ phản xạ miền thời gian quang học Brillouin (BOTDR), và công nghệ phản xạ miền thời gian quang học nhạy cảm theo pha (Φ- OTDR, v.v. Giờ đây, Phản xạ miền thời gian quang học Raman (ROTDR) Công nghệ dựa trên đo nhiệt độ tương đối trưởng thành. Trong số đó là:, Phản xạ miền thời gian quang học Raman (ROTDR) Công nghệ tiêm ánh sáng xung vào sợi quang, và hiệu ứng nhiệt độ của phổ tán xạ Raman ngược được tạo ra trong quá trình truyền ánh sáng trong sợi quang. Khi lượng tử ánh sáng tới va chạm với các phân tử vật liệu trong sợi, va chạm đàn hồi và không đàn hồi xảy ra. Khi va chạm đàn hồi xảy ra, không có sự trao đổi năng lượng giữa lượng tử ánh sáng và các phân tử vật liệu, và tần số của lượng tử ánh sáng không thay đổi theo bất kỳ cách nào, dẫn đến ánh sáng tán xạ Rayleigh duy trì cùng bước sóng với ánh sáng tới; Trong va chạm không đàn hồi, trao đổi năng lượng xảy ra, và lượng tử ánh sáng có thể giải phóng hoặc hấp thụ phonon, dẫn đến việc tạo ra ánh sáng Stokes bước sóng dài hơn và ánh sáng chống Stokes bước sóng ngắn hơn. Do độ nhạy của ánh sáng chống Stokes với nhiệt độ, hệ thống sử dụng kênh quang Stokes làm kênh tham chiếu và kênh quang chống Stokes làm kênh tín hiệu. Tỷ lệ của cả hai có thể loại bỏ các yếu tố không phải nhiệt độ như dao động tín hiệu nguồn sáng và uốn sợi quang, đạt được việc thu thập thông tin nhiệt độ.

FJINNO cung cấp Hệ thống đo nhiệt độ sợi quang phân tán, được bán trực tiếp bởi các nhà sản xuất và có thể được sử dụng rộng rãi trong các phòng trưng bày đường ống toàn diện, rãnh cáp, đường ống dẫn dầu và khí đốt, Trạm biến áp, v.v.

Cảm biến nhiệt độ sợi quang, Hệ thống giám sát thông minh, Nhà sản xuất cáp quang phân phối tại Trung Quốc