摘要：分布式的光纤传感技术是近年来光纤传感领域的热点，它主要包括了：频域发射技术，振光时域反射技术，长距离干预分布式光纤传感技术等，由于这种技术的可靠性和实用性很强，因此目前它在光纤激光中得到了广泛运用。本文主要针对光纤激光中分布式光纤传感技术的实际运用进行科学分析。
关键词：分布式光纤传感；光纤激光；实际运用分析
前言
当前社会，光纤传感技术得到了蓬勃发展，同时得到了人们越来越多的关注和重视，从而使其成为光纤应用领域的新型产业。目前在国内，分布式光纤传感已经成为人们关注的对象，这种技术主要是应用光纤一维空间的连续性来进行测量[1]，能够对光纤分布的环境参数作出科学检测，与此同时，还能够获取被测量对象的空间状态以及关于时间变化的信息。这种技术最能体现光纤分布伸展优势，最明显的优点就是，能够快速测量出光纤沿线任意一点上的温度，应力，损伤，温度等信息，将光纤纵横交错成网状，使其构成一个具有一定规模的监测网络，从而实现对监测对象的全方位监测，以此方式有效克服了传统监测的弊端，大大提升了监测工作的成功率。
一、分布式光纤传感系统的简介
1.分布式光纤传感系统工作原理
分布式的光纤传感系统的工作原理为：在使用传感敏感元件和传输信号等介质的前提下，使用先进的测量手段来测出光纤不同位置的温度，应力等信息，切实做到了分布式测量。
2.分布式光纤传感系统主要特点
分布式传感系统中的元件都为光纤；系统空间的分辨力主要在于米的量级，所以在系统检测的过程中仅能观测被测对象的平均值[2]；只需要进行一次测量就可以获取光纤区域内被测对象的分布情况，同时将光纤架设置为光栅状，由此获得被测物体的二维和三维分布的有关情况；在系统检测的过程中还需要进行实时的信号加法平均，频率扫描，相位跟踪等操作，所以说，在测量过程中还需要花费很长时间。
二、分布式光纤传感系统的主要分类
分布式的光纤传感器是建立在现代化技术的基础上，因此它比一般光纤传感器更具有精度高，可靠性强的优势，同时应用分布式光纤传感器能够获取被测物体在空间和时间上的连续性分布信息，具有广阔的发展前景。现阶段，分布式的光纤传感器主要是依靠光纤中的后向散射来实现快速传感的，比如：布里渊散射，瑞丽散射，拉曼散射等[3]。全分布式的光纤传感技术包括了：频域反射法，光时域反射法等。光时域反射法的分辨率较低，传感距离长，所以可以使用这种技术来对长距离光纤中的断点和损耗进行测量。频域反射法的分辨率最高，比较适合短距离光纤中搞空间分辨率的温度测量，不同的分布式传感技术都有优缺点。
三、光纤激光中不同分布式传感技术的实际应用
1.布里渊干相分析技术
1.1基本原理
布里渊光相干预技术的产生源于受激布里缘散机制，主要是应用抽运脉冲光经耦合器来进行信息传输的。检测单元中光功率的变化需要及时运用布里渊光相干预技术来进行光纤沿线中心强度与光纤沿线温度、应变的对应关系分析，从而实现了对光纤沿线中心光功率以及温度的全方位分布式传感。
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1.2技术应用分析
在应用布里渊光相干预技术的过程中发现：被测对象的温度分辨率与空间分辨率之间存在互相制约的关系。因此在使用探测脉冲光来产生更宽的布里渊增益谱的环节会发现[4]，布里渊观测量的精度降低，与此同时，探测到的关于抽运光，声子，探测光这三者之间的空间长度变短了，得到了布里渊信号变弱，实际探测到的信息与实际情况存在很大差距，从而导致了被测对象应变和温度的分辨率降低了。使用一对脉宽进行信息监测，由此得到的探测脉冲光与抽运光之间存在相互作用，在温度变化和无应变的前提下出现了布里渊信号抵消的情况，在抵消后得到的就是，使用一对脉宽获取的探测信号。
2.光频域反射技术
2.1基本原理
光频域发射技术的应用关键是，由线性扫频光源输出连续光，然后经过光纤耦合器，将其分为两路，一路光被注入待检测的光线中，这路光在传播过程中会持续性的产生瑞利散射光，最后这些光经过光纤耦合器回到探测器中[5]。另外一路光是以固定反射的方式返回到光纤耦合器，再经过光纤耦合器顺利回到光电探测器中。
2.2实际应用
采用光频域发射技术测量温度的过程中，需要及时构建一个随机周期的光栅，使其能够针对外界应变以及温度变化做出正确反映，根据光栅的移动情况来掌握待测光纤瑞利散射光谱的实际变化。在了解瑞利散射光谱移动现象的环节需要及时了解外界施加温度以及外界未施加温度等数据，并根据峰值变化来计算出瑞利散射光谱移动的数值，在此环节，光纤中温度的大小主要体现在瑞利散射光谱的移动量计算中，从而实现了光频域发射技术测温的分布式传感。
3.布里渊光时域分析技术
3.1基本原理
布里渊光时域分析技术是建立在布里渊频域分析技术的基础上，但是它与布里渊频域分析技术的最大区别就是：精度高，低探测光功率。主要是运用测量测量光纤传输函数来对被测对象进行定位和测量，在测量过程中，传输函数将抽运光和探测光的几何长度以及振幅等有关信息紧密连接起来，从而在光纤冲击响应函数的前提下，实现对被测对象温度以及应变信息的科学检测。
3.2实际运用
布里渊光时域分析系统中的传感系统需要使用窄线宽抽激光的方式，将获得的连续性抽运光返回到传感光纤一端，继而在经过激光器之后，由探测器将电光调制器获取的信息耦合到传感光纤另一端，在这种情况下，实际探测到的光频率小于抽运光频率。使用专门的探测仪器来得到调制振幅，最后顺利得到调制角的频率。在实际工作中，光电探测器需要对每个调制频率以及抽运光强度进行科学探测，使用光电探测器检测到的信号需要及时输入网络分析仪器中[6]，使用仪器对其进行专业处理，处理后得到的传感光纤传输函数就是该区域的基带传输函数，在函数传输中还需要应用线性系统，将逆变的结果转化为传感光纤脉冲相应函数，在得出的脉冲函数中显示了不同位置的温度以及应变信息。将分布式传感技术应用在光纤激光中，不仅了能够实现对温度，应变，位置等信息的有效监测，还使得分布式光纤传感技术具有广阔的发展前景。
结束语
不同类型的分布式传感技术都有各自的优缺点，在实际工作中可以根据实际情况来采取不同措施，但是在应用分布式传感技术的过程中首先要明确该技术的主要特点，工作原理，精度的问题，充分了解分布式传感技术。然后在应用分布式传感技术的过程中就可以将其技术的精度，可靠性等优势得到充分发挥，并加大对分布式传感技术的分析与研究，有效保证被测对象温度以及应变信息测量工作的精度性和科学性，积极实现对温度和应变的同时传感。
参考文献
[1]周子超，王小林，粟荣涛，等.分布式光纤传感在光纤激光中的应用研究[J].激光与光电子学进展，2016（8）：43-52.
[2]彭交波，卞正兰，郝蕴琦，等.用于布里渊分布式光纤传感的光学锁频系统[J].中国激光，2012，39（7）：126-129.
[3]张旭苹，张益昕，王峰，等.基于瑞利散射的超长距离分布式光纤传感技术[J].中国激光，2016（7）：8-21.
[4]张彩霞，张震伟，郑万福，等.超弱反射光栅准分布式光纤传感系统研究[J].中国激光，2014，41（4）：145-149.
[5]黎燕兵.基于FPGA的分布式光纤传感脉冲产生技术研究[D].南昌航空大学，2016.
[6]陈默，周会娟，陈伟，等.用于布里渊分布式光纤传感的基于布里渊掺铒光纤激光器的光载波抑制[J].2013.
论文作者:李顺为
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第36期
论文发表时间:2018/6/11
标签：光纤论文; 分布式论文; 技术论文; 布里论文; 温度论文; 测量论文; 激光论文; 《建筑学研究前沿》2017年第36期论文;