厘米级分辨率布里渊光纤传感器研究进展_李欢(4)

李欢，李永倩，王虎，等：厘米级分辨率布里渊光纤传感器研究进展

系统中，BDG可以看成是一个纯反射或反向散射的过程，因此，反向散射光仅仅来自探测脉冲，系统的空间分辨率由探测脉冲的持续时间决定。由于Probe只是探测BDG的幅度，Probe的持续时间可缩短至任何需要的宽度。因此，保持高精度的同时达到很高空间分辨率是可能的。当频谱较宽的探测光被BDG反射时，探测光的幅度由BDG和探测光之间的频谱叠加决定，如图5所示。布里渊增益的带宽与泵浦光1的持续时间有关，通常泵浦光1的脉宽很宽（约为几十纳秒），目的是保持布里渊增益带宽比较窄。如果保持一个窄带的布里渊增益谱就能获得高的空间分辨率，已经报道的基于布里渊动态光栅的分布式传感器获得了1cm的空间分辨率[7]。

③实现多物理量的同时测量。除了温度和应变影响以

外，研究布里渊频移或强度随其它参量的变化规律，以便通过多物理量的测量获得更多反映被测结构的内部信息。例如，光纤受到振动或者处在电磁场环境时，通过测量频移发生的变化来得到相应物理量的分布信息。④研制高空间分辨率、高测量精度的布里渊传感产品，并用于实际工程领域，以发挥更大的作用。

4结束语

本文介绍了提高BOTDA系统空间分辨率的两种方案，详细介绍了基于BEDS和BDG技术的传感原理。这两种技术在温度、应变上所达到的测量精度、空间分辨率均优于传统的BOTDA传感技术。虽然目前这两种技术只是处于实验室研究阶段，但是随着布里渊传感技术的发展将会在实际应用中有更深入的研究，必将得到更广泛的应用。参考文献：

[1]NIKLESM,THEVENAZL,ROBERTPA.Brillouingainspectrumcharacterizationinsingle-modeopticalfibers[J].J.LightwaveTechnol.,1997,15(10):1842-1851.

图5BDG-BOTDA系统BDG能量变化的过程

[2]FOALENGSM,TURM,BEUGNOTJC,etal.Highspatialandspec-tralresolutionlong-rangesensingusingBrillouinechoes[J].J.LightwaveTechnol.,2010,20(28):2993-3003.

[3]BAOX,BROWNA,DEMERCHANTM,etal.CharacterizationoftheBrillouin-lossspectrumofsingle-modefibersbyuseofveryshort(<10ns)pulses[J].Opt.Lett.1999,24(8):510-512.

[4]THEVENAZL,BEUGNOTJC.Generalanalyticalmodelfordistribut-edBrillouinsensorswithsub-meterspatialresolution[C].UnitedKingdom:Edinburgh,OFS,2009,75036A-75034.

[5]SONGKY,ZOUW,HEZ,etal.All-opticaldynamicgratinggenera-tionbasedonBrillouinscatteringinpolarization-maintainingfiber[J].Opt.Lett.,2008,33(9):926-928.

[6]DONGY,BAOX,CHENL.DistributedtemperaturesensingbasedonbirefringenceeffectontransientBrillouingratinginapolarization-main-tainingphotoniccrystalfiber[J].Opt.Lett.,2009,34(17):2590-2592.[7]SONGKY,ZOUW,HEZ,etal.Opticaltime-domainmeasurementofBrillouindynamicgratingspectruminapolarization-maintainingfiber[J].Opt.Lett.,2009,34(9):1381-1383.

[8]SONGKY,CHINS,PRIMEROVN,etal.Time-domaindistributedfibersensorwith1cmspatialresolutionbasedonBrillouindynamicgrating[J].J.LightwaveTechnol.,2010,14(28):2063-2066.

[9]ZOUW,HEZ,HOTATEK.DemonstrationofBrillouindistributeddis-criminationofstrainandtemperatureusingapolarization-maintainingopti-calfiber.IEEEPhoton.Technol.Lett.,2010,22(8):526-528.

[10]HORIGUCHIT,KURASHIMAT,TATEDAM.Tensilestraindepen-denceofBrillouinfrequencyshiftinsilicaopticalfibers[J].IEEEPhoton.Technol.,1989,1(5):

107-108.

2012年第6

期

文献

[5-8]

中报道了一种新型的基于双折射的布里

渊动态光栅分布式光纤传感器，其与传统的布里渊分布型传感器相比具有更高的温度敏感性，能够更好地分辨温度和应变[9]。

3布里渊分布式传感技术发展趋势

1989年，BOTDA由日本HoriguchiT等人作为一

种非破坏性光纤检测技术第一次被提出来，实现了应变的分布式测量[10]。经过不断的发展，布里渊传感技术的测量精度和传感距离得到了大幅提高。社会经济的发展以及工程应用的迫切需求，对分布式传感技术的温度/应变测量精度也提出了更高的要求。由于布里渊传感技术测量精度和空间分辨率存在矛盾，因此以后的研究趋势主要集中在：①增加传感距离。目前报道的BOTDA技术能够大幅度地提高空间分辨率，但传感距离受到限制。因此，在保持高空间分辨率的前提下增加传感距离是目前研究的热点。②解决温度和应变交叉敏感性的问题。由于布里渊频移同时受温度和应变的影响，所以难以区分温度和应变导致的频移变化。探索新型的传感方案更好地区分温度和应变以达到精确测量的目的，是布里渊传感技术的发展趋势。

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