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1、分布式和准分布式传感器2012年，Yongkang Dong等人提出了结合频分复用和内置EDFA的布里渊光时域分析 的方案1。频分复用的BOTDR复用了具有不同布里渊频移的光纤段，并将布里渊的有效 作用长度减小到一段光纤而不是整个传感光纤的长度，这样每一段BOTDR的CW探针光功 率都可以增加，以加强布里渊信号，这样既拓展了传感范围又有很高的应变温度分辨率。实 验得到的传感范围是150km，空间分辨率是2m，精确度是30M。2012年，Xuan Liu等人提出用非零色散位移光纤同时进行温度和应力测量的方案2。 实验得到多峰布里渊散射，且利用前两个峰的中心频移和线宽来探测温度和应力。实验用的 总
2、传感长度为112m，测得应力误差37M，温度误差1.8C，空间分辨率为4m。（解决的 是温度和应力的交叉灵敏度的问题。）2012年，Ken Kashiwagi等人提出用光学频率梳作为光源来延长分布式布里渊传感器的 测量范围3。将光学频率梳的频率间隔设置为布里渊频移的两倍，则高频光产生布里渊散 射光，低频光通过SBS得到放大，然后继续向前传播，再引起布里渊散射，测量距离因此 被延长。利用BOTDR技术，测量范围可达到100km，空间分辨率为20m。2012 年，Kwang Young Song提出 了基于 Brillouin dynamic grating（BDR）的光时域反射应 变传感器的方案
3、4。光路中同时传输泵浦光脉冲和探针光脉冲，两者偏振方向相互正交， 泵浦光脉冲引起放大的自发布里渊散射（ASBS），探针光脉冲用来分析光谱。根据BDG-OTDR技术可得应变量，实验测得的应变和温度灵敏度分别为1.37MHz /&（0.7299ns），57.48MHz/ C。分布式测量的空间分辨率为80cm，测的范围是935m。2012年，Haidong Gu等人提出利用单模光纤的布里渊频移进行轴向和径向应力的测量 方案5。实验通过BOTDR技术，测得布里渊频移与轴向应力和径向应力分别呈线性关系， 灵敏度分别为0.029MHz/ M（ 0.03448m），0 M M（ 0.01868m）。（实验用
4、 的长度为70m）2012年，Valerie V）isin等人提出了基于自参考的光子计数OTDR技术的准分布式FBGs 应变传感器6。用两个环形器使前向光和后向光沿不同路径传输，传感头是通过级联相同 的低反射率FBGs形成，在后向光的传输路径中放置滤波器使含有测量信息的波长转换为功 率以便进行检测。测量时间是1分钟，最大的误差是60M，本实验FBG之间的距离为30cm， 计算得到可级联35个FBGs。（缺点：通过减小光栅之间的距离来增加空间分辨率，测量距 离受限于光源功率，即长度有限）2013年，M.Taki等人提出用周期性脉冲编码技术来改善混合Raman/FBG光纤传感器的 性能7。实验用的
5、传感头由一对FBGs组成（宽带切趾光纤光栅，其中左边的FBG在 1549.50nm，右边的FBG在1551.50nm）。拉曼光时域反射和FBG动态时分复用使噪声得到 有效降低，提高了传感范围的分辨率并能同时测量实时动态的点应力和分布式的静态温度。 在21km距离处的温度分辨率为4.3C，空间分辨率为1m，动态应力分辨率在250Hz（PZT 的正弦频率，用来施加应力）时为77ns /4HZ（ 3.85 M）。2013年，Nicolas Linze等人提出了基于偏振的准分布式振动传感器8。振动引起光纤 双折射特性的变化，继而引起光束偏振状态的改变，用偏振器将其转变为功率的变化，通过 示波器便可得到
6、振动频率，再根据频率的变化获知结构的健康状况。该系统可以由6个传感 器组成，即6对光纤光栅，每对FBGs之间的距离为30cm，传感器之间的距离没有限制， 能够检测到的频率能达到1kHz。（缺点：振动处于固定状况，用FFT进行光谱分析得到频 率，但不能得到信号随时间的变化情况）2012年，Zengguang Qin等人提出基于相位光时域反射技术，利用连续小波变换测量不 稳定振动的方案9。通过实时探测建筑、桥梁等振动频率的情况来对其进行健康监测。实 验所用频率为500Hz至1kHz，扫描时间为0.05s。最大探测长度与激光脉冲的重复频率有关， （需满足脉冲的时间间隔大于脉冲在传感光纤里来回一次的时
7、间以保证传感光纤里只有一 个光脉冲）。对于10kHz的重复频率，探测长度约为10km。2012年，Wen-Hui Ding等人提出了基于全固态光子带隙光纤的分布式压力传感器方案 10。该传感头是通过将一段PCF和一段SMF熔接而成，PCF未熔接的一端镀上反射率为 99%的膜，那么光纤熔接点处的包层模便被激发，引起包层模与芯模之间的干涉，压力大小 通过测量光谱的波谷高度得到，位置则通过测量干涉的相位差得到。压力灵敏度随着距熔接 点的距离而变化，每增加 1cm依次为 0.00007,0.00032,0.00013,0.00014,0.00025,0.00017V/psi。（缺点：分布式测量压力的范
8、围小，并且不能同时测量两个点的压力，实际应用不大，优点： 成本低，易于制造）2011年，Bo Liu等人提出了基于偏振DBR光纤激光器阵列来同时测量横向压力和温度 的方案11。在EDF内刻DBR，间距为2cm以便获得单纵模输出，光纤的双折射使得单纵 模分成两个偏振模，利用偏振拍频及激光波长随压力和温度的变化对其进行分别测量。实验 用了两个DBR传感器，第一个的横向压力灵敏度为310.51109MHz/N，温度灵敏度为 0.01102m/C，第二个的分别为32.85164MHz/N，0.01156m/C。（缺点：压力范 围是0.03N-0.28N,承受范围小，不适用于实际情况，容易受外界干扰导致
9、误判断，级联的 传感器的灵敏度不一致且有逐渐变小的趋势，导致测量范围不大，不能实现大范围组网测量)2011年，Yan-Nan Tan等人提出了将两个超短DBR激光器级联来进行测量的方案12。级联的两个超短DBR激光器均工作在具有两个偏振模式的单纵模状态下，传感头长度只有 18mm，每个激光器(一个是掺铒，一个是铒镜共掺)产生一个偏振模拍频，对应变和温度 有不同的的频率响应。通过测量拍频，在0-1200m的应变范围内测得应变灵敏度分别为 8.75 土 0.104KHz / M( 0.11428m)，晶 0 土 / K M( 0.1557)。该方法的 优点是可以通过频分复用技术在同一根光纤上复用多
10、个传感器和解调方法简单无需测量绝 对波长值。参考文献：1 Yongkang Dong, Liang Chen, and Xiaoyi Bao. Extending the sensing rang of Brillouin Optical Time-Domain Analysis combining frequency-division multiplexing and in-line EDFAs. Journal of Lightwave Technology. 30(8), 1161-1167(2012).2 Xuan Liu and Xiaoyi Bao. Brillouin Spect
11、rum in LEAF and Simultaneous Temperature and Strain Measurement. Journal of Lightwave Technology. 30(8), 1053-1059(2012).3 Ken Kashiwagi, Yoshitake Usui, Yutaka Owada, Yosuke Tananka, and Takashi Kurokawa. Measurement Range Elongation of Brillouin Fiber Sensor Using Optical Frequency Comb. Fio/LS Te
12、chnical Digest.FM4H.3.20124 Kwang Young Song. High-sensitivity optical time-domain reflectometry based on Brillouin dynamic gratings in polarization maintaining fibers. Optics Express. 20(25), 27377-27383(2012).5 Haidong Gu, Huijuan Dong, Guangyu Zhang, Yongkang Dong, and Jun He. Dependence of Brill
13、ouin frequency shift on radial and axial strain in silica optical fibers. Applied Optics. 51(32), 7864-7868(2012).6 Valerie Voisin, Christophe Caucheteur, Damien Kinet, Patrice Megret, and Marc Wuilpart. Self-Referenced Photon Counting OTDR Technique for Quasi-Distributed Fiber Bragg Gratings Sensor
14、s. Sensors Journal. 12(1), 118-123(2012).7 M.Taki, F.Zaidi, I.Toccafondo, T.Nannipieri, A.Signorini, S.Faralli, and F.Di Pasquale. High-performance hybrid Raman/fiber Bragg grating fiber-optic sensor based on simplex cyclic pulse coding. Optics Letters. 38(4), 471-473(2013).8 Nicolas Linze, Pierre T
15、ihon, Olivier Verlinden, Patrice Megret, and Marc Wuilpart. Development of a multi-point polarization-based vibration sensor. Optics Express. 21(5), 5606-5624(2013).9 Zengguang Qin, Liang Chen, and Xiaoyi Bao. Continuous wavelet transform for non-stationary vibration detection with phase-OTDR. Optic
16、s Express. 20(18), 20459-20465(2012).10 Wen-Hui Ding and Yi Jiang. All-solid photonic band gap fiber based distributed fiber optic pressure sensor. Optics Express. 20(13),14054-14063(2012).11 Bo Liu, Hao Zhang. Polarimetric distributed Bragg reflector fiber laser sensor array for simultaneous mesurement of transverse load and temperature. Optical Fiber Technology 17. 619-625(2011).12
