中国科学院 技术工程师的工作原理？OTDR技术
测试中的光纤由具有齿间距和随机光谱相位分布的光学频率梳探测
光纤的脉冲响应被编码在由探针梳传播产生的反向散射信号上
这个信号被本地振荡器敲打，本地振荡器是另一个具有相同随机光谱相位分布的光频梳
LO和探针梳由相同数量的线组成，但是LO的线间距稍微高一点
检测级由一个平衡光电探测器和一个电低通滤波器组成
探针梳的线和LO梳的相邻线之间的跳动导致射频梳的齿间距由下式给出
这需要对光带宽进行下变频，它是和之间的比率的压缩因子
或者，上述过程可以在时域中理解为检测信号的大时间扩展
用热电OTDR方案测量的2厘米长热点的温度图
0的扰动
2 Hz恢复
(3)通过范围扩展的热电OTDR方案获得的4厘米左右长度的动态应变图
在这种情况下，恢复了5 Hz的扰动
信用:米格尔·索里亚诺-阿马，雨果·福
马丁斯、比森特·杜兰、路易斯·科斯塔、索尼娅·马丁-洛佩斯、米盖尔·冈萨雷斯-埃雷拉和玛丽亚·雷
费尔南德斯-鲁伊斯 分布式光纤传感(DOFS)目前是一项成熟的技术，它允许将传统的光纤“转换”成沿其长度分布的连续的单个传感器阵列
在DOFS领域开发的一系列技术中，基于相敏光时域反射计(φOTDR)的技术获得了极大的关注，主要是因为它们能够实时测量应变和温度扰动
这些独特的特性，加上分布式传感器的其他优势(重量减轻、电磁抗扰度和体积小)，使得φOTDR传感器成为监控大型基础设施(如桥梁和管道)的绝佳解决方案，特别是考虑到它们的成本与传感点的数量成反比，并且其分辨率可以达到几米
在《光科学与应用》杂志上发表的一篇新论文中，阿尔卡拉大学、于梅一世大学和西班牙研究委员会(CSIC)的一组科学家提出了一种新型光纤询问器来引导φOTDR
它基于一种众所周知的干涉测量技术，该技术采用两个相互相干的光学频率梳
这种新的询问器允许应变和/或温度感测，分辨率在厘米级，范围可达1公里(即
e
它提供了沿光纤分布的> 104个传感点)
从报告的结果来看，这种方法为成本效益高的DOFS在短程和高分辨率应用中打开了大门，例如航空航天部件的结构健康监测和井筒生产监视，迄今为止这些应用的成本高得令人望而却步
该论文中提出的技术，被称为时间扩展的φOTDR(TE-φOTDR)，依赖于使用一个巧妙设计的超高密度光学频率梳来探测传感光纤
然后，微弱的返回信号由光经历的弹性散射产生
通过使该信号干扰第二个梳来检测该信号，该第二个梳具有与探针相似的带宽和频谱相位编码，但是齿间距不同
结果是多外差干涉产生了检测信号的“时间延长”(见图)
在频域中，这个过程可以理解为频率“下变频”(一种光电映射)
在为DOFS开发的双梳方案中，由于由单个任意波形发生器驱动的两个电光调制器，两个梳都由同一连续波激光器产生
该方案的一些显著特征是:(1)梳齿设计的灵活性，这允许用户实现传感器的目标性能；㈡探测带宽减少(在厘米分辨率超过200米的亚兆赫范围内)，这是被探测信号经历时间延长的结果；以及(iii)最大化注入传感光纤的功率的能力
考虑到弹性散射现象的极端弱点，最后一个特征对于实现真正的分布式传感是至关重要的
通过在所产生的梳齿中引入受控的随机相位分布，可以最小化光信号的峰值功率，同时保持高平均功率以提高传感器的信噪比
此外，编码相位在检测时自动解调，不需要进一步的后处理
“基于传统双梳方案的感测方案允许我们在几百米的感测范围内达到厘米级分辨率，同时保持几十赫兹的测量速率
在本文中，我们还介绍了一种在不降低声学采样率的情况下显著扩展感知范围的策略
基本思想是采用两个齿距非常不同的频率梳，因此产生的时间信号具有准整数比周期
这一方案以前应用于光谱学领域，使得以4厘米的空间分辨率测量1千米长的光纤成为可能
这意味着沿光纤有25，000个单独的传感点
这种性能改进是以在某种程度上增加检测带宽(高达几兆赫)以及处理算法的复杂性为代价的，尽管仍然保留了该方法的基本优点
" “所展示的技术为基于动态φOTDR的传感器展示了一个全新的操作领域，该领域仅限于需要沿数十公里和米级分辨率进行感测的领域，这是一个值得考虑的解决方案
论文中展示的结果是设计分布式传感器的一个有前途的步骤，提供快速的采集速度、小的检测带宽和清晰的空间分辨率，”他们补充说
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