【原創(chuàng)】筱曉小課堂——DAS系統(tǒng)原理介紹

　　DAS光纖傳感系統(tǒng)-長距離聲波信號(hào)檢測(cè)專家

　　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AOM脈沖化，變成ns級(jí)的光脈沖，后經(jīng)過單頻脈沖光放大器(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。

　　系統(tǒng)搭建示意圖

　　我們的DAS系統(tǒng)采用的是φ-OTDR的原理，需要通過捕捉激光的相位信息來還原振動(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，長度分別為100m和200m，最終光路實(shí)物圖如下。

　　實(shí)物演示圖

　　演示過程中，我們以較小的時(shí)間間隔分別敲擊兩盤光纖，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?，兩盤光纖的振動(dòng)存在一個(gè)時(shí)間間隔。

　　相位信息圖

　　光纖單點(diǎn)的相位變化圖

　　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PCIE接口傳入PC進(jìn)行最終的數(shù)據(jù)處理。

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