Fysik og anvendelser af Raman-distribueret optisk fibersensor

Raman-distribueret optisk fiberføling har vist sig at være et modent og alsidigt system, der giver stor fleksibilitet og effektivitet til distribueret temperaturmåling af en lang række tekniske applikationer. De seneste årtier har været vidne til dens hurtige udvikling og omfattende anvendelighed lige fra videnskabelig forskning til industriel fremstilling.

For at tilfredsstille kravene til forskellige tekniske applikationer udførte forskere nogle undersøgelser med hovedformålet at udvikle højtydende Raman-distribueret optisk fibersensor og udforskede forskellige nye teorier og løsninger for at forbedre systemets ydeevne. Dette kapitel introducerer og opsummerer ydelsesoptimeringen af ​​sensorsystemerne under hensyntagen til fire aspekter:temperaturmålingsnøjagtighed, registreringsafstand, rumlig opløsning og multiparameterovervågning. Illustrationen ovenfor viser demodulationsskemaerne til forbedring af ydeevnen af ​​distribueret optisk fiberføling. Dets undersystemer består hovedsageligt af demodulations- og sensingsystemet og det optiske kildesystem. Forbindelseslinjerne repræsenterer den teoretiske eller tekniske forbedring af skemaet baseret på ovenstående nøglekomponenter.

Temperaturmålingsnøjagtighed er systemets nøgleregistreringsindeks, som angiver afvigelsen af ​​den målte temperatur fra den faktiske temperaturværdi. Det kan bestemmes af standardafvigelsen eller usikkerheden for den målte temperatur. De vigtigste faktorer, der påvirker systemets temperaturmålingsnøjagtighed, omfatter:(1) den optiske dæmpningsforskel mellem Raman Stokes anti-Stokes signaler, (2) begrænsningen af ​​SNR, (3) demodulationsafvigelsen af ​​Raman transmissionsligningen, og (4) princippet om optisk tidsdomænereflektion, der bevirker, at temperatursignalet i den rumlige skala af pulsbredden bliver komprimeret til et punkt. Temperatursignalet, der detekteres på dette tidspunkt, er mindre end den faktiske temperatur. I dette tilfælde foreslog og demonstrerede forskere en række avancerede temperaturdemodulationsprogrammer for at forbedre temperaturnøjagtigheden.

Rumlig opløsning og detekteringsafstand er også nøgleindikatorerne for den effektive følsomhed af Raman-distribuerede optiske fibersensorsystemer. Den rumlige opløsning er defineret som den mindste afstand, som det optiske fibersensorsystem kan skelne mellem to tilstødende punkter. En flaskehals ligger i at balancere sanseafstanden med den rumlige opløsning. Reduktion af pulsbredden kan optimere systemets rumlige opløsning, men det forringer systemets føleafstand. For at optimere systemets sensorafstand og rumlige opløsningsydelse har forskere foreslået mange avancerede løsninger.

På nuværende tidspunkt inden for moderne industriel overvågning er der en stærk efterspørgsel efter dual-parameter eller endda multi-parameter kollaborativ detektion. Desværre er traditionel Raman-distribueret optisk fibersensor en enkelt-parameter detektionsteknologi baseret på Raman-spredning, som ikke er i stand til at opfylde disse krav. I dette tilfælde bliver udviklingen af ​​et dual-parameter detektionsskema baseret på en enkelt optisk fiber et vigtigt teknisk problem for Raman distribueret optisk fiber sensing. Med henblik på at løse de ovennævnte problemer har forskere foreslået en række avancerede løsninger.

Forskningen blev offentliggjort i Light:Science &Applications + Udforsk yderligere

Fremskridt inden for distribueret fiberoptisk vibration/akustisk sensorteknologi