DAS光纖傳感系統(tǒng)搭建演示 - 筱曉小課堂

2024-01-18 17:14:36

筱曉小課堂 

 DAS光纖傳感系統(tǒng) 隨著科技的不斷進步，光纖傳感技術(shù)逐漸在多個領(lǐng)域得到廣泛應用。其中，分布式聲波傳感技術(shù)（DAS）以其獨特的優(yōu)勢和性能，成為了研究的熱點。本文將重點介紹DAS光纖傳感技術(shù)的原理以及我們的研究進展。 分布式光纖聲波傳感(DAS)技術(shù)主要是一種利用激光在光纖中的后向瑞利散射來獲取沿線環(huán)境物理量變化的先進感知技術(shù)，具有環(huán)境適應性強、傳感范圍大、信道間光速同步、時空分辨精度高等優(yōu)勢。當光在光纖中傳播時，會與光纖中的分子發(fā)生相互作用，產(chǎn)生散射。根據(jù)彈光效應和胡克定律，外界擾動變化會改變光纖長度和折射率，調(diào)制光波傳輸?shù)墓獬毯蜁r延，進而導致接收端的光波相位發(fā)生變化。我們之前做的DVS系統(tǒng)已經(jīng)證明了這一點： 筱曉光子實驗分析⑩——關(guān)于光纖分布式振動傳感的研究 筱曉小課堂 

DAS的應用領(lǐng)域是什么？

DAS具有密集的空間感知和遠距離動態(tài)監(jiān)測等不可替代的優(yōu)勢，已初步應用于油氣資源勘探、碳儲存與監(jiān)測、自然災害探測、近地表地層分析等地球物理領(lǐng)域。

我們搭建的DAS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下所示。窄線寬激光器（NL Laser）輸出的激光分為兩路，10%的成分通過可調(diào)光衰減器（VOA）進行光功率控制，90%的光使用AOM進行脈沖化調(diào)制后，進入光環(huán)形器1端口，2端口連接分布式傳感光纖，3端口接受傳感光纖后向散射回的光，然后通過小信號EDFA對微弱的返回光進行放大，最后和VOA控制的本振光合束拍頻，使用PD轉(zhuǎn)化為電壓信號交給采集卡去解調(diào)。

傳感光纖放在藍牙音響上接受振動

實時采集音頻圖（前半段播放音樂，后半段停止）

提問&解答

對光源有要求嗎？

窄線寬激光器的選擇十分重要，如果激光器的相位噪聲較大，就會導致最終輸出的振動信號信噪比很小。

必須使用1550nm波段嗎？

1550nm的激光在光纖中傳輸擁有最小的損耗，這是它在通信領(lǐng)域的優(yōu)勢。對于長距離的分布式傳感系統(tǒng)，我們認為低損耗同樣是一個很大的優(yōu)勢。

功率有要求嗎？

有要求，因為瑞利散射光還是比較微弱的，需要添加脈沖式EDFA增加信噪比。

AOM帶寬有什么要求？

要小于采集卡的解調(diào)頻率 ，所以我們選擇了100MHz的AOM，方便采集卡進行解調(diào)。

如何判斷聲波產(chǎn)生的位置？

OTDR技術(shù)就是解決這個問題的。通過OTDR技術(shù)，可以測量光纖中的瑞利散射，通過測量光纖中的光信號變化來確定振動產(chǎn)生的位置。具體來說，當光纖受到振動時，光纖中的光信號會產(chǎn)生相位調(diào)制和強度調(diào)制，這些調(diào)制信號會被OTDR設備檢測到。通過分析OTDR設備輸出的光信號，可以確定振動產(chǎn)生的位置。

隨著技術(shù)的不斷進步和應用需求的增長，DAS光纖傳感技術(shù)也在不斷發(fā)展。未來，DAS技術(shù)將朝著更高精度、更長距離和更快速響應的方向發(fā)展。同時，隨著新材料、新工藝和新算法的不斷涌現(xiàn)，DAS技術(shù)的性能和應用范圍也將得到進一步拓展。

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