光纤传感技术论文范文
该技术最初由Horiguchi[10]等人提出。基于该技术的传感器典型结构如图2所示。处于光纤两端的可调谐激光器分别将一脉冲光（泵浦光）与一连续光（探测光）注入传感光纤，当泵浦光与探测光的频差与光纤中某区域的布里渊频移相等时，在该区域就会产生布里渊放大效应（受激布里渊），两光束相互之间发生能量转移。由于布里渊频移与温度、应变存在线性关系，因此，对两激光器的频率进行连续调节的同时，通过检测从光纤一端耦合出来的连续光的功率，就可确定光纤各小段区域上能量转移达到最大时所对应的频率差，从而得到温度、应变信息，实现分布式测量。
在BOTDA中，当泵浦光的频率高于探测光的频率时，泵浦光的能量向探测光转移，这种传感方式称为布里渊增益型；当泵浦光的频率低于探测光的频率时，探测光的能量向泵浦光转移，这种传感方式成为布利渊损耗型。在光纤温度或应变分布均匀的情况下，布里渊增益型传感方式中的泵浦脉冲光随着在光纤中的传播其能量会不断的向探测光转移，在传感距离较长的情况下会出现泵浦耗尽，因此该传感方式难以实现长距离传感；而对于布里渊损耗型，能量的转移使泵浦光的能量升高，不会出现泵浦耗尽情况，从而使得传感距离大大增加。
在基于BOTDA的分布式光纤传感技术研究中，Horiguchi[11]等人首先利用一个DFB-LD和一个Nd:YAG激光器在波长1.32mm处实现了BOTDA的分布式应变测量，取得了空间分辨率100m、应变精度104的实验结果。此后，基于BOTDA的分布式传感技术得到广泛研究，并且扩展到了分布式温度、分布式温度/应变复合传感技术的研究。在众多研究中，X.Bao等人将BOTDA传感系统的性能大大提高，他们采用布里渊损耗的方式最终实现了长达51km、温度分辨率1℃和空间分辨率5m的传感测量[12]。另外，X.Bao、Shimizu等人在分布式温度／应变复合传感技术方面也做了大量工作并取得了理想的实验结果。在国内，重庆大学、天津大学等均有BOTDA系统的理论研究报道，但相关实验方面的报道目前还没有。和BOTDR相比，在BOTDA系统中信号的检测较容易，在世界范围内的研究投入较大一些，技术也较为成熟，但双光源的使用以及光源的两端入射使它的应用受到一定的限制。
3、基于布里渊光频域分析技术（BOFDA）的分布式光纤传感技术
基于布里渊频域分析技术（BOFDA）的分布式光纤传感技术是由德国的D.Garus等人提出的一种新型的分布式光纤传感技术[13]，实验系统基本框图如图3所示。
和BOTDR、BOTDA相比，BOFDA同样利用布里渊频移来实现温度和应变的传感，但被测量空间定位不是传统的光时域反射法，而是通过得到传感光纤的复合基带传输函数来实现的。由于不采用光时域反射法来实现空间定位，因此传感光纤两端所注入的光为频率不同的连续光，其中探测光（）与泵浦光（）的频差约等于传感光纤的布里渊频移。
为了实现传感光纤复合基带传输函数的测量，探测光首先经过频率fm可变的信号源进行幅度调制，其调制强度为注入光纤的探测光与泵浦光在光纤中相互作用的边界条件。对于每一个调制信号频率fm，在耦合器的两个耦合输出端同时检测注入光纤的探测光IS(L)和泵浦光强度IP(L，t)，这样，通过和检测器相连的网络分析仪就可以确定传感光纤的基带传输函数。
作为一个线性系统，通过基带传输函数便可以得到系统的冲激响应，系统的冲激响应便反映了沿光纤分布的温度/应变信息。在BOFDA系统中，系统的空间分辨率由调制信号的最大（fm，max）、最小(fm，min，)调制频率决定，传感距离由调制信号频率的变化步长（Dfm）决定。
基于上述原理，D.Garus等人做了基于BOFDA的分布式光纤传感系统实验方面的研究，并取得了温度分辨率5℃、频率分辨率0.01%和空间分辨率3m的实验结果[13]。
在基于布里渊散射的分布式光纤传感技术的研究中，除了上面所论述三种主要研究技术外，还提出了其它的研究方案，如日本学者保利和夫所提出的基于相干域测量技术等。这些研究方案的提出，为分布式光纤传感技术的研究注入了活力，具有极高的学术和应用价值。
转贴于四、应用与发展。
分布式光纤传感器具备提取大范围测量场的分布信息的能力，能够解决目前测量领域的众多难题。其中分布式光纤温度传感器可用于如大型电力变压器、高压电力网、高层建筑等大的或长的设备的温度分布测量和监控；分布式光纤应变传感器在多层建筑、桥梁、水坝、飞行器、压力容器等重大结构与设备的形变监测方面有广阔应用前景。近年来，分布式光纤传感技术在复合材料中的应用，开辟了智能化材料新领域。然而，要提供实时性、稳定性、可靠性好以及高精度的分布式传感系统，还需要多方面的研究，随着基于布里渊散射的分布式光纤传感技术研究的不断深入，这些应用要求将逐步得到实现。
参考文献：
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TheBrillouinScatteringandDistributedOpticalFiberSensingTechnique
光纤传感技术论文范文
关键词：应用现状；发展情况；光纤传感技术
中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：1671-2064（2017）04-0026-01
目前光纤传感器在多个应用领域都有着广泛的传播，并且起到了不错的促进作用。为了更好的发挥其功能特点，在今后的研究过程当中，应该增强技术创新与发展，从而促进光纤传感技术性能的发挥。以下就光纤传感技术的发展与应用进行探讨分析。
1光纤传感技术的发展
1.1光纤光栅传感器
近几年，光纤光栅传感器成为了国内外的研究热点。一般的光纤光栅传感器都是通过对布喇格波长的漂移量进行测量来实现对被测量的检测。此种传感器可以很方便的构成分布式的结构，其灵敏度相对比较高，能够代替其它结构类型的光纤传感器，可以实现对大型的构件的实时监测，在一根光纤当中可以进行多点测量。由于光纤光栅传感器的多种优势，在很多场合都可以进行测量。至今国内外对其进行研究的范围主要体现在几个方面：
（1）对传感网络技术、封装技术等时机应用的研究；（2）α槊舳雀摺⑿⌒突、低成本的探测技术的研究；（3）对能够同时感测温度变化以及应变的传感器的研究[1]。
1.2阵列复用传感系统
利用时分复用、空分复用以及波分复用等方式，将单点的光纤传感器进行阵列化，从而实现空间当中多个点分时或者是同时传感。如今应用比较广泛的有基于干涉结构的阵列光纤传感系统和光纤光栅阵列传感系统。这种阵列式的光纤传感系统能够进行长距离大范围的多点传感，同时也是大规模的光纤传感器的主要发展方向。在今后的研究过程当中，阵列式光纤光栅传感器的主要研究方向为综合复用式的应用，比如说将干涉型检查速度快、结构灵敏度高的特点融入到光纤光栅传感系统当中，使其与光纤光栅的插入损耗低、易于光纤耦合以及高波长选择性能的特点相结合，融合之后的结构对于大规模组网传感系统非常适合。但是阵列式的研究方向对传感元件的稳定性、灵敏度等也提出了更高的要求。
1.3分布式光纤传感系统
这种类型的传感系统是根据沿线光波分布的参量以及被测量随着时间与空间变化的分部信息，进行大范围的并且长距离的连续传感，这代表了目前光纤传感器的一个重要的发展方面。从不同的技术类型的角度来看，可以分为前向传输耦合、布里渊散射、自发拉曼散射以及后向瑞丽散射四种技术类型。不同种技术类型的光纤传感器有着各自的特点，应该根据实际的应用来进行合理的选择。另外分布式的光纤传感系统可以实现空间的测量连续性，这样就很好的避免了使用多个分立的传感元件，从而降低了生产成本。但是为了达到更高的测量精度以及更快更好的测量，还需要进行更深一步的研究，其主要的研究方向包括几个方面：
（1）新型的传感机理的研究；（2）降低测量时间、扩大测量范围；（3）增强系统的空间分辨力以及对信号接收与处理的检测能力；（4）实现单根光纤上多个参数的策略[2]。
1.4智能化光纤传感技术
其智能化主要表现在实现信号的获取传输与处理的一体化；实现多个功能的智能化；实现计算机技术、光纤通信传感技术的融合。如今在多个应用领域都对智能化的光纤传感系统有着非常广泛的应用，比如说石油测井、声发射检测以及环境感知等。这项技术能够对其周围的环境进行自我的感知、判断、复性等多种功能，除此之外在土木工程、医疗、航空航天等多个领域也应用非常广泛。
2光纤传感技术的应用
2.1在工程方面的应用
光纤传感技术在工程方面得到了非常广泛的应用。主要表现在对对布里渊光时域反射、拉曼光时域反射、光纤光栅等多种技术的应用。其中布里渊散射在对长距离的分布式应力进行监测时得到应用，另外在对大中型建筑工程的稳定性进行监测的时候也有所应有；拉曼光时域反射在对建筑物的火灾与渗透监测时得到应用；光纤光栅技术在对隧道以及桥梁的重点部位进行监测是应用较为广泛。
2.2在电力领域方面的应用
伴随着人们对电力的要求不断提高，传统的传感器已经达不到人们的基本需求。以光纤传感技术为背景，构建的光纤电流传感器能够极大地提高电网的稳定性能，并且顺应了智能化电网的发展趋势，降低了供电损耗，提高了供电的质量，响应了国家节能减耗的号召。但是由于光纤传感器对外界的温度有着很强的敏感性，因此对其耐温性能有待进一步改良。
2.3其他方面的应用
光纤传感器在石油工业、医用领域、复合材料领域等方面也有广泛的应用。在石油工业方面，基于反射光强的泄露和液位以及传输损耗调制的传感器，部分已经流入市场来用于对石油勘探的光纤加速度传感器以及光纤压力传感器在多个国家已经进行了大量的研究；在医用领域方面，对以激光多普勒频移技术为基础的血液流速进行测量。
3结语
光纤传感器的优势在光电技术领域逐步的凸显出来，实现了与光纤通信技术、计算机技术等的融合，在多个新型应用领域都有着非常广泛的使用。以光纤传感技术为基础的各种传感器也得到了广泛的发展，所以，为了进一步促进光纤传感技术的发展，就必须不断地进行创新研究，根据实际情况，研究出更好的光纤传感器。
参考文献
光纤传感技术论文范文篇3
关键词油田；光纤感应监测；应用
中图分类号：TP27文献标识码：A文章编号：1671-7597（2014）14-0129-01
在当前的石油工业环境中，长距离油气输送成为了不能避免的重要工作环节之一。我国油气管道发展迅速，相关不完全统计表明，我国井内长距离运输油气管道建设已经超过1.5万千米。在这样的环境之下，如果不能有效地展开对于输油管道的安全管理，其损失不容忽视。
1光纤感应监测技术的应用环境与特征
在长距离石油输送环境中，打孔盗窃事件时有发生，原油和成品油丢失问题屡见不鲜，其直接经济损失通常超过数十万元，并且为石油管道的安全运行直接带来危害。对于打孔盗油的事件，除去直接为国家带来的经济损失以外，还会造成对于孔洞周围环境的严重污染，并且如果停输时间过长，还有可能会造成凝管等恶性事故，为整个石油输送体系带来危害，其损失难以估计。
当前对于长距离输油管道的安全管理与控制问题，也都有相应的措施予以降低事故的发生，但是这些措施普遍呈现出相对而言的被动局面。相对常规的控制手段，首先是安排企业职工加强对于输油管道不同段的巡逻，此种管理方式对于人力的要求相对较高，并且难以达到理想的效果。此外，管道中的压力也可以用作对输油管道系统监控的依据，通常的做法是对输油管道内的压力进行监测，借以发现是否存在有打孔盗油从而导致输油管道内压力降低的状况发生，从而进一步推断出是否存在盗油现象。随着科技的进步，面对长距离输油管线保护工作的时候，也会采用一些先进技术，其中视频监控就是主要表现之一。通过在输油管线沿途安装视频监控，并且通过对视频画面的分析，诸如人脸识别技术等，来确定管线沿途是否存在威胁因素。此种方法虽然能够发挥一定的作用，但是对于图像识别的准确率成为此种技术的发展瓶颈，并且对于某些人员相对密集的特殊环境，也难以实现有效监控。
光纤感应监测技术，在对输油管道的安全管理方面能够达到更高水平。从本质上看，光纤感应监测技术是干涉测量监控法在油田环境中的深入应用，即利用光纤对于外界干扰的感应来实现对于管道环境中存在的轻微震动信息获取，从而达到先于盗油事故而发挥安全保护作用。通常而言，光纤感应监测技术能够感应到1Hz～1MHz范围内的一切震动和移动，并且展开实时、连续的检测，这种监测能力对于输油管线环境中的开挖等行为能够有效获知。与此同时，光纤感应监测技术还可以在上层发展出更多数据分析软件，进一步区分正常环境中的常规干扰数据以及人为破坏等特征数据，从而帮助实现系统更为有效的监控，切实提升整个输油管线的安全水平。
2光纤感应监测技术的工作原理以及应用优势
光纤感应监测技术，从本质上看，是考虑到光线在受到外界振动干扰的环境下会产生微应变，从而进一步导致其内部传送的光信号会相应的发生轻微变化。因此如果能够对这种细微变化进行有效的获取，就能够对整个光线路敷设路径上的环境展开有效监测。
通常认为，在存在外力影响的情况下，光纤内部传输的光信号的频率和相位都会发生变化，基于干涉原理，在实际应用中可以采用两根单膜光纤来展开对于微应变的测量工作，构成相应的传感器环节。相应的结构参见图1。
但是在实际的工作过程中，仍然需要依据实际情况对该表达式进行修正，并且在条件许可的情况下对数据进行总结分析，力图提升监测系统的灵敏度以及准确率，使其切实服务长距离输油管道安全环境的打造。
就目前的应用环境而言，光纤振动感应监测技术是对地下输油管道环境安全实现有效实时保护以及事前故障控制最为安全和有效的方法。通常光缆敷设在输油管道上方1m左右的环境中，其工作质量会受到仪器设备精度的限制，因而在目前的阶段中，通常只能分析出光纤横截面为中心半径2m内振动声音信号，即首先需要确保输油管线应当位于光纤能够保护的半径2m范围内，其次想要尽早发现可能存在的振动事件，尤其是针对某些人烟稀少的区域内，还应当让光缆尽可能靠近地表。在这样的情况之下，如果从地表开始向下挖掘，就会被光纤系统监测到相关信号，并且随着挖掘不断趋近于光纤，信号应当呈现出递增趋势，从而便于控制中心发现不法行为。
3结论
光缆振动监测预警系统应用范围及其广泛，其不但可以用于地下水、油、气管道的安全预警，还可以作为隐蔽式传感器对地面上的入侵行为进行侦测。因此对于这一方面技术，应当给予充分的关注和重视，帮助其成为塑造油田体系安全环境的重要支持和有力武器。
参考文献