1 北京理工大学光电学院，北京 100081
2 信息光子技术工业和信息化部重点实验室，北京 100081
光频域反射计（OFDR）是一种分布式光纤测量技术。将扫频激光注入光纤链路，对后向瑞利散射光进行频域分析，定位光纤链路上的反射点位置及强度。由于其具有高精度、高空间分辨率等特点，广泛地应用于航空航天、智能结构、材料加工、光学网络监测、生物医学等高精度测量及制造领域。本文阐述了OFDR的基本原理，介绍了提升OFDR系统性能的关键技术研究进展，最后总结了OFDR在不同领域的应用，展望了未来的发展趋势。
光频域反射计 分布式光纤传感 后向瑞利散射 频域分析 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0500002
上海交通大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室，上海 200240
基于光纤的分布式声波传感器（DAS）是近十余年来发展最快的光纤传感技术之一，它能够以高采样率同时获取光纤链路上多个位置处机械振动的波形，从而获取周围环境的丰富信息，在周界围栏安防、油气资源勘探、地震波形检测等领域具有巨大的应用潜力。将介绍DAS的基本原理，包括3种适合在长距离光纤中定位后向瑞利散射（RBS）信号的反射仪技术和2种利用RBS信号恢复振动波形的方法，介绍DAS系统的两类典型应用，最后讨论DAS技术的发展趋势。
激光与光电子学进展
2021, 58(13): 1306001
Author Affiliations
Abstract
1 Fiber Optics Research Center (FORC), Key Lab of Optical Fiber Sensing & Communications, University of Electronic
2 cience &Technology of China, Chengdu 611731, China
3 Research Center for Optical Fiber Sensing, Zhejiang Laboratory, Hangzhou 310000, China
Phase-sensitive optical time domain reflectometry (Ф-OTDR) is an effective way to detect vibrations and acoustic waves with high sensitivity, by interrogating coherent Rayleigh backscattering light in sensing fiber. In particular, fiber-optic distributed acoustic sensing (DAS) based on the Ф-OTDR with phase demodulation has been extensively studied and widely used in intrusion detection, borehole seismic acquisition, structure health monitoring, etc., in recent years, with superior advantages such as long sensing range, fast response speed, wide sensing bandwidth, low operation cost and long service lifetime. Significant advances in research and development (R&D) of Ф-OTDR have been made since 2014. In this review, we present a historical review of Ф-OTDR and then summarize the recent progress of Ф-OTDR in the Fiber Optics Research Center (FORC) at University of Electronic Science and Technology of China (UESTC), which is the first group to carry out R&D of Ф-OTDR and invent ultra-sensitive DAS (uDAS) seismometer in China which is elected as one of the ten most significant technology advances of PetroChina in 2019. It can be seen that the Ф-OTDR/DAS technology is currently under its rapid development stage and would reach its climax in the next 5 years.
Distributed optical fiber sensing phase-sensitive optical time domain reflectometry Rayleigh backscattering optical phase demodulation distributed acoustic sensing long-distance sensing artificial intelligence Photonic Sensors
2021, 11(1): 1
华北电力大学 电气与电子工程学院, 河北 保定 071003
相位敏感光时域反射技术(Φ-OTDR)由于其出色的综合性能而成为目前主流的分布式光纤振动监测方法之一。文章在介绍背向瑞利散射的基础上详细分析了Φ-OTDR系统的传感机理, 并对Φ-OTDR系统的空间分辨率、动态范围和灵敏度等关键性能指标及其影响因素和提高方法进行了系统分析, 为Φ-OTDR系统实际应用时参数的选择和性能优化提供参考。在此基础上, 针对现阶段Φ-OTDR技术在海底电缆、周界防护等领域的应用进行了综述, 指出了Φ-OTDR技术存在的一些不足, 并对其发展前景进行了总结与展望。
分布式光纤传感 背向瑞利散射 振动测量 distributed fiber sensing Φ-OTDR Φ-OTDR Rayleigh backscattering vibration test
深圳海油工程水下技术有限公司, 广东 深圳 100027
为了实现大范围的光纤复合架空地线(OPGW)舞动探测,提出了一种基于后向瑞利散射空间差分干涉的光纤分布式振动测量技术。舞动引起单模传感光纤中的后向瑞利散射光的变化,将含有振动信息的后向瑞利散射光注入到非平衡迈克耳孙干涉仪,利用干涉仪的臂长差实现相邻空间段的后向瑞利散射光干涉,采用3×3耦合器解调技术解调出相位信息,实现对振动信号的准确测量。在输电线路舞动实验室进行了OPGW的舞动测试,实现了0.9 Hz舞动、2.3 Hz非舞动的检测。
光纤光学 后向瑞利散射 空间差分干涉 非平衡迈克耳孙干涉仪 光纤复合架空地线 激光与光电子学进展
2018, 55(4): 040604
山东青年政治学院 信息工程学院, 山东 济南 250103
为了实现大范围的水下微弱声波探测, 提出了一种基于后向瑞利散射空间差分干涉的光纤分布式声波检测（DAS）技术。声波振动引起单模传感光纤中后向瑞利散射光的变化, 将含有声波信息的后向瑞利散射光注入到非平衡迈克尔逊干涉仪, 调节干涉仪的臂长差实现不同长度的相邻空间段的后向瑞利散射光干涉, 然后采用3×3耦合器解调技术解调出相位信息, 实现声波信号的测量。实验搭建了一套基于DAS技术的水下声波测量系统, 该系统不仅能够实时准确定位两个声波位置, 还能还原声波的幅值、频率、相位等信息, 并且实现了1 kHz情况下的-148.8 dB(re rad/μPa)水下声压相位灵敏度, 100~1 500 Hz频率的频响平坦度在1.2 dB之内。实验结果证实DAS技术能够实时快速地实现多个声波信息的定量测量。
光纤传感 后向瑞利散射 空间差分干涉 非平衡迈克尔逊干涉仪 声压相位灵敏度 optical fiber sensing Rayleigh backscattering space difference imbalanced Michelson interferometer acoustic phase sensitivity
Author Affiliations
Abstract
1 College of Optoelectronic Science and Engineering, National University of Defense Technology, Changsha, 410073, China
2 Academy of Ocean Science and Engineering, National University of Defense Technology, Changsha, 410073, China
Rayleigh-back scattering induced coherence collapse of an asymmetric distributed feedback fiber laser (DFB FL) sensor is investigated using a composite cavity model. The coherence collapse threshold condition of the asymmetric DFB FL sensor is measured. The DFB FL sensor shows different dynamic behaviors in different pump configurations. According to the asymmetric behavior to the external optical feedback, a novel method to find the actual phase shift position of the asymmetric DFB FL sensor is presented.
Asymmetric DFB fiber laser sensor phase shift coherence collapse Rayleigh backscattering Photonic Sensors
2016, 6(3): 209
开展了光纤预警系统在实时监控振动信号时受到土壤温度影响的理论分析和实验研究。以基于后向瑞利散射的分布式光纤传感系统为基础, 土壤振动分析采用弹性半空间理论, 并与光纤传感理论相结合, 解释了温度对光纤预警系统中土壤振动信号的影响, 建立并分析了理论模型。通过对1.2km光纤预警系统的现场实验, 采集了在温度改变时土壤振动信号的变化。实验表明, 土壤振动信号的峰值光功率随温度上升增大, 说明了光纤预警系统中的振动信号会受土壤环境的影响。
光纤通信技术 分布式光纤传感 土壤温度 后向瑞利散射 振动信号 optical fiber communication technology distributed optical fiber sensor soil temperature Rayleigh backscattering vibration signal
1 合肥师范学院 物理与电子工程系, 合肥 230031
2 安徽大学 物理与材料科学系, 合肥 230031
3 中国科学技术大学 地球与空间科学学院, 合肥 230031
为了精确观测平流层风场, 采用F-P标准具作为瑞利散射测风激光雷达多普勒频率检测的核心器件, 对F-P标准具多普勒频率检测原理进行了理论分析, 从分析最大设计高度时的测量误差着手, 优化选取标准具透过率曲线参量; 介绍了透过率曲线参量的校准过程和校准方法, 分析了导致透过率曲线的半峰全宽增大的原因、透过率曲线校准精度对速度灵敏度及系统探测误差的影响; 并通过实验对设计和校准结果进行了验证。结果表明, 由于透过率曲线的半峰全宽增大, 导致速度灵敏度下降了0.118%/(m·s-1); 40km高度处, 在测量信噪比大于10的条件下, 径向速度测量精度增大2m/s。
激光技术 激光雷达 Fabry-Perot标准具 瑞利散射 多普勒频率 laser technique lidar Fabry-Perot etalon Rayleigh backscattering Doppler frequency
State Key Laboratory of Information Photonics and Optical Communications, Beijing University of Posts and Telecommunications, Beijing 100876, China
Frontiers of Optoelectronics
2013, 6(1): 102
