基于后向相干瑞利散射的分布式光纤传感在管道安全实时监测中的应用研究

J4 ›› 2013, Vol. 30 ›› Issue (3): 341-347.

基于后向相干瑞利散射的分布式光纤传感在管道安全实时监测中的应用研究

严冰，董凤忠，张晓磊，陈学义，李俊，涂郭结，陈雪军，Brian Culshaw

1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所，安徽合肥，230031； 2 赫瑞-瓦特大学工程与物理科学系，英国，爱丁堡； 3 斯特莱斯克莱德大学电气与电子工程系，英国，格拉斯哥

收稿日期:2012-03-30 修回日期:2012-04-13 出版日期:2013-05-28 发布日期:2013-05-06
通讯作者: 董凤忠（1966—）博士,研究员,博士生导师，主要从事开发新的环境光学和光纤传感技术用于公共安全、工业过程控制、节能减排减灾等方面的研究。 E-mail:fzdong@aiofm.ac.cn
作者简介:严冰（1987—），研究生，主要从事光纤传感方面的研究。E-mail：yanyubing@163.com
基金资助:
工业横向开发项目和中科院资深外籍特聘研究员计划资助项目(中科院级 2010 T1G03)

Application of Pipeline Safety Real-time Monitoring with Distributed Optical Fiber Sensing technique based on Coherent Rayleigh Backscattering

YAN Bing, DONG Feng-zhong, ZHANG Xiao-lei, CHEN Xue-yi, LI Jun, TU Guo-jie, CHEN Xue-jun, CULSHAW Brian

1 Anhui Institute of Optics and Fine Mechanics, Hefei Institutes of Physical Sciences, Chinese Academy of Sciences, Hefei, 230031, China; 2 Engineering and Physics Science, Heriot-Watt University, Edinburgh, United Kingdom; 3 Dept. of EEE, University of Strathclyde, 204 George Street, G1 1XW, Glasgow, UK

Received:2012-03-30 Revised:2012-04-13 Published:2013-05-28 Online:2013-05-06

摘要/Abstract

摘要： 开展了基于光纤后向相干瑞利散射原理的分布式光纤传感在管道安全实时监测系统中的信号数值模拟和实验研究。采用多个连续脉冲周期光纤相干后向瑞利散射光在有扰动情况的一维脉冲响应理论模型，解释了外部扰动对整个后向瑞利散射信号的影响。并且对理论模型进行数值模拟直观的展示了相干后向瑞利散射光功率关系曲线；通过对4km长度的光纤进行扰动传感实验，有效地定位了扰动的发生；并且提出了一种利用软件寻峰归一化提高后向瑞利散射功率信号信噪比的方法，可以减少平均次数，从而增大可提取的扰动频率范围。

关键词: 纤维与波导光学, 分布式光纤传感, 相干瑞利散射, 管道安全, 相位敏感

Abstract: Preliminary study for pipeline safety real-time monitoring with distributed fiber optic sensing technique based on coherent Rayleigh backscattering is carried out in this paper. On the basis of a novel one-dimensional impulse-response model of coherent Rayleigh backscattering in fiber, the influence of backscattering power curve with multiple continuous input pulses under external disturbance is explained. Coherent Rayleigh backscattering light power curve is visually presented through numerical simulations with the theoretical model. In order to demonstrate the model, an experimental measurement with 4-km-long single-mode sensing fiber is performed and the position where the disturbance occurs is easily found. To improve the SNR a normalization method of peak-seeking with software is introduced. This method could effectively reduce average number and enhance the maximum detectable frequency range of external disturbance.

Key words: fiber and waveguide optics, distributed optical fiber sensing, coherent Rayleigh scattering, pipeline safety, phase sensitivity

中图分类号:

TP212.14

严冰，董凤忠，张晓磊，陈学义，李俊，涂郭结，陈雪军，Brian Culshaw. 基于后向相干瑞利散射的分布式光纤传感在管道安全实时监测中的应用研究[J]. J4, 2013, 30(3): 341-347.

YAN Bing, DONG Feng-zhong, ZHANG Xiao-lei, CHEN Xue-yi, LI Jun, TU Guo-jie, CHEN Xue-jun, CULSHAW Brian. Application of Pipeline Safety Real-time Monitoring with Distributed Optical Fiber Sensing technique based on Coherent Rayleigh Backscattering[J]. J4, 2013, 30(3): 341-347.

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