01OFDR傳感原理

OFDR技術可以獲取整根光纖的瑞利散射信息，可以通過測量瑞利散射信號位置及強度發生的改變，來反演出整根光纖各個位置的應變分布情況。將光纖傳感器布設于待測結構中，通過膠水粘連光纖和待測物會協調形變，通過測試光纖沿線應變分布可以反映出待測物的應變分布，進而實現光纖的傳感測量。OFDR系統可以用于高分辨的應變溫度分布式測量。

圖1 OFDR傳感解調原理

OFDR系統中光纖的瑞利散射是由于光纖本身折射率不均勻引起的，由于光纖中存在的折射率隨機分布的特性，可以將光纖當作一種長距離具有隨機周期的弱反射光纖布拉格光柵。光纖光柵是通過解調中心波長的漂移來計算應變和溫度變化。OFDR技術傳感解調原理是沿光纖長度方向，將待測光纖等間隔劃分為一個個相鄰的傳感單元，解調各個傳感單元加載前后的瑞利散射光譜信號的頻移，結合頻移量與應變溫度轉換系數得出應變溫度值。對整根光纖的所有傳感單元逐一計算，即可得到隨距離變化的應變溫度分布結果。

02OFDR傳感解調過程

OFDR傳感解調過程如圖2所示。傳感測量是通過參考數據與傳感數據的瑞利散射光譜信號的互相關算法實現的。具體過程如下：

圖2 OFDR技術傳感解調過程

1.獲得參考數據，OFDR系統測量獲得OFDR曲線，為參考數據。

2.當光纖施加載荷后，再次獲得OFDR曲線，是傳感數據。

3.將兩組信號在相同位置通過固定的移動窗截取信號段，為一個傳感單元。

4.將一個傳感單元的時域信號進行傅里葉變換，獲得光纖在該位置處的頻域信號。

5.對兩組信號段的頻域信號進行互相關運算，得到相應的瑞利散射光譜信號的頻移。

6.對頻域信號進行反傅里葉變換，將頻域信號轉換為時域信號，得到距離-頻移關系曲線。

7.逐一計算各傳感單元，便可獲得整根光纖各位置的瑞利散射頻移。結合傳感系數，可以得到距離-頻移/應變/溫度分布曲線，如圖3所示。

圖3 距離-應變分布曲線

OFDR高分辨分布式光纖傳感技術可以同時測得一根光纖上成千上萬傳感點的應變/溫度分布，傳感空間分辨率可達mm/cm量級，例如1m長度的傳感光纖，當空間分辨率為1mm時，相當于同時測量1000個傳感點。OFDR技術海量的傳感密度，結合光纖傳感器小尺寸、易曲繞特點，除了進行應變溫度測量外，還可以拓展用于形狀傳感、姿態監測，結構應變場溫度場重構等方面。OFDR技術非常適合于短距離、高分辨、高精度的應變溫度測量領域，如土木結構健康監測，復合材料疲勞檢測，新能源汽車電池組溫度監測等。

來源：大話光纖傳感

審核編輯：湯梓紅