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【原創(chuàng)】筱曉小課堂——DAS系統(tǒng)原理介紹

更新時(shí)間:2025-01-09點(diǎn)擊次數(shù):182

  

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  DAS光纖傳感系統(tǒng)-長(zhǎng)距離聲波信號(hào)檢測(cè)專(zhuān)家


  DAS光纖傳感系統(tǒng)利用光纖作為聲壓傳感器的檢測(cè)元件,通過(guò)光纖中內(nèi)部光的運(yùn)動(dòng)對(duì)光纖表面的壓力變化的反射,實(shí)現(xiàn)聲波信號(hào)的測(cè)量。


  當(dāng)聲波作用于光纖時(shí),會(huì)引起光纖表面微小的形變或壓力變化,這種變化會(huì)改變光纖中光的傳播特性,進(jìn)而被系統(tǒng)捕捉并轉(zhuǎn)化為電信號(hào)進(jìn)行處理和分析。


  筱曉光子的DAS演示系統(tǒng)光路結(jié)構(gòu)如下


  首先使用窄線寬的外腔半導(dǎo)體激光器作為光源,使用10:90耦合器將光分為兩路,10%的一路作為偏振分集相干接收模塊(PDR)的local端,90%的光經(jīng)過(guò)AOM脈沖化,變成ns級(jí)的光脈沖,后經(jīng)過(guò)單頻脈沖光放大器(EDFA),放大脈沖光,然后送入傳感光纖,并用光環(huán)形器接收傳感光纖實(shí)時(shí)返回的散射光作為PDR的signal。


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  系統(tǒng)搭建示意圖


  我們的DAS系統(tǒng)采用的是φ-OTDR的原理,需要通過(guò)捕捉激光的相位信息來(lái)還原振動(dòng)信號(hào),因此對(duì)光源的相干性要求較高,激光線寬需要達(dá)到kHz量級(jí)。同時(shí)EDFA要注意不要惡化線寬,保證線寬的同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)脈沖光進(jìn)行放大。PDR內(nèi)部是兩個(gè)BPD,分別記錄兩個(gè)偏振態(tài)下兩束光的拍頻信號(hào),避免偏振衰落。傳感光纖我們選了兩段光纖作為演示,長(zhǎng)度分別為100m和200m,最終光路實(shí)物圖如下。


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  實(shí)物演示圖


  演示過(guò)程中,我們以較小的時(shí)間間隔分別敲擊兩盤(pán)光纖,這是最終記錄的相位信息圖。圖的縱坐標(biāo)是光纖的分布坐標(biāo),代表不同光纖位置的振動(dòng)信息,橫坐標(biāo)是時(shí)間坐標(biāo),反映不同時(shí)間點(diǎn)的相位??梢钥闯?,兩盤(pán)光纖的振動(dòng)存在一個(gè)時(shí)間間隔。


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  相位信息圖


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  光纖單點(diǎn)的相位變化圖


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  光纖瑞利散射光功率分布圖


  DAS系統(tǒng)最大的特點(diǎn):是分布式測(cè)量,即整個(gè)光纖線路都可以作為傳感器使用,能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)長(zhǎng)距離、大范圍內(nèi)的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行連續(xù)、實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)。


  DAS系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)景:

  地震監(jiān)測(cè)?:利用DAS技術(shù)進(jìn)行地震波形監(jiān)測(cè)和斷層破裂特征分析?。

  ?地下結(jié)構(gòu)成像?:通過(guò)DAS系統(tǒng)獲取地下結(jié)構(gòu)的詳細(xì)信息?。

  ?大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)?:監(jiān)測(cè)大氣中的各種參數(shù)變化?。

  ?海洋監(jiān)測(cè)?:用于海洋環(huán)境中的各種物理和化學(xué)參數(shù)測(cè)量?。

  ?生物學(xué)監(jiān)測(cè)?:在生物學(xué)研究中監(jiān)測(cè)生物活動(dòng)和環(huán)境變化?。

  ?極地探測(cè)?:在極地環(huán)境中進(jìn)行高精度的測(cè)量?。

  ?結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)?:用于監(jiān)測(cè)建筑物和基礎(chǔ)設(shè)施的健康狀況?。


  最后,local光和signal光進(jìn)行干涉得到含有振動(dòng)信息電信號(hào),通過(guò)采集卡進(jìn)行ADC轉(zhuǎn)換和IQ解調(diào),將實(shí)時(shí)的相位信息和振幅信息通過(guò)PCIE接口傳入PC進(jìn)行最終的數(shù)據(jù)處理。


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您好,可以免費(fèi)咨詢,技術(shù)客服,Daisy



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