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如何實現光纖傳感中溫度和應力的解耦呢?

冬至子 ? 來源:談纖說纜 ? 作者:談纖說纜 ? 2023-12-01 17:21 ? 次閱讀

B-OTDR能實現對溫度和應變進行傳感,主要依據是光纖中布里淵信號布里淵頻移與溫度以及應變的 線性關系

但由于溫度和應變交叉敏感的影響,B-OTDR很難通過布里淵頻移的波動直接分離區分光纖中變化的應變與溫度信息,這對它的實際工程應用產生了一定的限制。

特別是在真實的分布式光纖網絡環境中,溫度和應變都是隨機變化,這種交叉敏感問題制約了基于布里淵散射的全分布式光纖傳感器的實用化。如何解決交叉敏感問題,或者說是如何做到 溫度與應力的解耦 ,成為B-OTDR商用的第一大技術難題。

圖片

解決基于布里淵散射的全分布式光纖傳感器的交叉敏感問題最初的方案是在測量光纖的旁邊布置**溫度補償光纖**(參考光纖),讓參考光纖處于松弛狀態,僅測量被測量場的溫度信息,然后從測量光纖的測量信息中扣除溫度的信息,實現溫度和應變的同時測量。這種方案由于需要同時并行布置 兩套光纖 ,實用性并不高。

圖片

目前國內外研究的方向主要是利用工作光纖自身來解決交叉敏感問題,當前的理論解決方案可以歸納為四種:

1)基于布里淵散射譜的雙參量矩陣法;
2)基于特種光纖的雙頻移矩陣法;
3)基于Landau-Placzek率;
4)聯合其它的物理效應。

在上述四種解決交叉敏感問題的方案中,基于Landau-Placzek率法和聯合其他的物理效應法的這兩種方案,除了需要測量 布里淵散射譜 ,還要測量Rayleigh散射譜或Raman散射譜,系統結構比較復雜,實現成本高,實用化難度大。

基于特種光纖的 雙頻移矩陣法 ,由于需要特種光纖作為傳感器件,傳感系統的費用會顯著增加,而且這種方案也難以應用到已敷設普通光纖的系統中去,應用面相對較窄,商業價值不高。

基于普通單模光纖的布里淵散射譜的雙參量矩陣法是當前用于解決交叉敏感問題的主要方案,其計算方法如下面的公式所示。

圖片

式中δ****vB為布里淵頻移的變化量,δ****X為對應溫度和應變的另一個特征參量的變化量,α為對應的作用系數,δ****ε為應變的變化量,δ****T為溫度的變化量。

其中聯合布里淵峰值功率頻移應變和溫度的關系構建的解決交叉敏感問題的方案精度較高。

但是由于線路中可能引起布里淵峰值功率變化的因素很多,要精確求解應變和溫度必須找到合適方法先行消除線路中其他因素對布里淵峰值功率的影響。

目前市場上還只有極少數廠家的商用儀表已經較好地解決了交叉敏感這個問題。

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