11光纤的基础知识

  光纤是光导纤维的简称，是一种重要和常用的波导材料，它利用光的全反射原理将光波能量约束在其界面内，并引导光波沿光纤轴线方向传播。在将光纤作为传感材料应用前，需掌握光纤：1.结构特性  2.机械特性  3.损耗等特性

2、基于光纤的后向散射全分布光纤传感技术

  依据所监测信号的不同，主要分为基于拉(Roman)散射的分布式温度传感器、基于瑞利(Rayleigh )散射的分布式光纤损耗检测传感器及基于布里渊散(Brillouin)的分布式应变传感器。

2.1.1 基于OTDR的微弯传感器

  1997年Barnoski 博士首先提出了光时域反射技术OTDR(Optical Time Domain Reflection)技术，结合瑞利散射来检测光纤沿线故障检测，微弯型光纤传感器是根据光纤微弯形变引起纤芯或包层中传输的光载波强度变化的原理制成的全光纤型传感器。

2.1.2 基于自发拉曼散射的光时域散射型(ROTDR)传感器

  由于拉曼散射由分子热运动引起，所以拉曼散射光可以携带散射点的温度信息，而且反斯托克斯光的幅度强烈依赖于温度，而斯托克斯光则不是，所以可通过测量斯托克斯光与反斯托克斯光的功率比探测温度的变化，其结果消除了光源波动、光纤弯曲等因素的影响，只与沿光纤的温度场有关，因此可长时间保证测温精度。

2.1.3基于自发布里渊散射的光时域反射型(BOTDR)传感器

  在BOTDR中测量的是布里渊散射信号与布里渊散射光频率相关的光纤材料特性主要受温度和应变的影响，因此，通过测定脉冲光的后向布里渊散射光的频移就可实现分布式温度、应变测量。

2.1.4基于受激布里渊效应的传感器

(1)基于 BOTDA 的分布式光纤传感技术

  基于微波外调制的单激光器环形BOTDA系统，用耦合器将光源分为两路或者根据需要将2根光纤对来实现单端入射，以此简化设备，减少测量时间，并能达到较高的测量精度

(2)基于 BOFDA 的分布式光纤传感技术

  BOFDA 是基于测量光纤的传输函数实现对测量点定位的一种传感方法。这个传输函数把探测光和经过光纤传输的泵浦光的复振幅与光纤的几何长度关联起来，通过计算光纤的冲击响应函数确定沿光纤的应变和温度信息。

(3)基于 BOCDA 的分布式光纤传感技术

  BOCDA 技术采用频率调制的连续泵浦光和探测光并求两者相关函数，是一种可大大提高分布式光纤传感系统空间分辨率的技术方案，其实验系统的空间分辨率理论上可达到毫米量级。

  传感光纤两端分别入射连续探测光和连续泵浦光，这两束同步调制光在一个正弦波上产生一个相关的周期峰，并在光电检测器上接收锁相放大器的同步信号。

2.1.4基于相位敏感的光时域反射型(Φ-OTDR)传感器

  在OTDR系统中，如果光源的线宽足够窄，相干度很高，那么从光纤的不同部分返回的散射光会发生干涉。利用这种散射光的相干性设计出的相位敏感型光时域反射系统，可以探测出传统OTDR系统无法察觉的弱信号的干扰。

  相位敏感性(Φ-OTDR)与传统型OTDR最大的不同就是采用了相干光源，并且要求光源具有窄线宽和低频率漂移特性。