厘米级分辨率布里渊光纤传感器研究进展_李欢

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厘米级分辨率布里渊光纤传感器研究进展

李欢1，李永倩1,2，王虎1，何青尔1

（1.华北电力大学电子与通信工程系，河北保定071003；

2.华北电力大学苏州研究院，江苏苏州215123）

摘要：介绍了一种新的布里渊传感方法-预激发声场法，分析了基于布里渊回波和动态光栅的两种预

激发声场的传感技术，详细介绍了两种技术的传感原理及其传感系统，指出了此方法的关键技术。该技

术可以突破空间分辨率只有1m的限制，具有高测量精度、高空间分辨率的优点。最后探讨了布里渊分布式光纤传感技术的发展趋势。

关键词：布里渊散射；分布式光纤传感器；布里渊回波；布里渊动态光栅中图分类号：TN929.11

文献标识码：A

文章编号：1002-5561（2012）06-0010-04

AdvancesintheresearchonBrillouin-based

opticalfibersensorswithcentimeterresolution

LIHuan1,LIYong-qian1,2,WANGHu1,HEQing-er1(1.Dept.ofElectronicsandCommunicationEngineering,

NorthChinaElectricPowerUniversity,BaodingHebei071003,China；

2.SuzhouInstituteofNorthChinaElectricPowerUniversity,SuzhouJiangsu215123,China

Abstract:Novelapproachesoftheprioractivationoftheacousticwaveareintroduced,andthetechnologiesbasedonBrillouinechoesandBrillouindynamicgratingareanalyzed.Thesensingprinciplesandschemesofthesetechnologiesareintroducedindetail,theirkeytechniquesarepointedout.Thesetechnologiescanbreakthroughthelimitofspatialresolutionof1mandhavetheadvantagesofhighmeasurementprecisionandhighspatialresolution.FinallythetrendsofdevelopmentofBrillouindistributionopticalfibersensingtechnologyarediscussed.

Keywords:Brillouinscattering;distributedfibersensors;Brillouinecho;Brillouindynamicgrating

0引言

分布式光纤传感器不仅具有普通光纤传感器抗电磁干扰、灵敏度高、耐高压、耐腐蚀的特点，而且具有传感距离长、动态范围宽等优点。分布式光纤传感技术应用光纤几何上的一维特性，把被测量作为光纤长度的函数对沿整个光纤分布的外部物理量进行连续地测量。利用布里渊散射强度或频移与温度、应变之间的线性关系[1]，可以同时得到被测量在传感光纤区域内温度和（或）应变的信息。因此，引起了众多科研工作者的关注，并得到了飞速发展。

收稿日期：2012-01-06。

基金项目：苏州市科技发展计划项目（SYG201013）资助。

作者简介：李欢（1985-），女，硕士生，主要从事光通信与光传感方面的研究。

在布里渊光时域分析（BrillouinOpticalTimeDo-

mainAnalysis，BOTDA）系统中，泵浦光和探测光分别

从传感光纤两端入射，当二者的频差等于布里渊频移时发生受激布里渊散射（SBS）时，频率高的光信号对频率低的光信号产生放大作用，通过检测布里渊散射信号的频移和（或）强度就可以确定温度和（或）应变的信息。由于声子寿命的限制，传统的BOTDA系统空间分辨率达到的最高指标为1m。为了获得较高的空间分辨率，通常采用减小光脉冲宽度的方法。若脉冲宽度过窄将导致声子的激发不充分，最终导致布里渊增益的减弱和频谱形态的劣化，从而导致温度/应变测量精度的下降。当脉冲宽度约等于声子寿命2倍（约为

12ns）时，泵浦脉冲和布里渊增益谱带宽几乎一致，对应的空间分辨率约为1m。在某些特殊的应用场合要

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2012年第6

期