单端混合瑞利布里渊和拉曼分布式光纤传感系统

对设施，特别是大型设施(如轨道交通系统、大型桥梁和建筑物)的实时监测，可以提供其周围环境的信息并评估其健康状况，这对于建立当前的“健康”概念至关重要。基于物联网的智慧城市。作为一种精确的实时监测技术，分布式光纤传感(DFOS)系统需要沿着传感光纤进行远距离同步测量，在各种工业应用中需求量很大。然而，大多数DFOS系统只能测量单一类型的参数，这限制了其应用。此外，不同 DFOS 系统的简单组合既复杂又昂贵。

在《光：先进制造》杂志上发表的一篇新论文中，由中国上海交通大学范新宇教授领导的科学家团队提出了一种简化的混合 DFOS 系统，用于同时测量沿传感光纤的多个参数。他们使用普通的单模光纤作为传感器，获取了长达数公里的光纤的温度、应变和振动信息。他们使用不同的反向散射光波集成了三种方案，并简化了混合系统。所提出的混合系统仅需要一个光源、两个接收端和一个用于发射光波的光纤接入，这大大降低了应用的复杂性。因此，简化的混合系统可用于大型结构的实时监控、自动化控制和周界安全。

在不同的 DFOS 系统中，有一种使用瑞利背向散射的技术，称为相敏光时域反射计 (φ-OTDR)，用于测量振动等动态参数。基于受激布里渊散射的布里渊光时域分析(BOTDA)用于测量高信噪比的温度和静态应变。拉曼散射可用于拉曼光时域反射计(ROTDR)来测量分布温度，而不受应变的干扰，因为它只对温度敏感。

混合 DFOS 系统集成了三种不同的散射方案。瑞利散射用于振动传感，也可作为布里渊散射过程的探针，实现温度和应变测量。拉曼散射用于克服温度-应变交叉敏感性。采用脉冲编码调制来分离具有非常接近的光学频率的两个脉冲的拉曼散射。通过这种方式，单端简化混合 DFOS 系统成功地用于同时多参数测量。

该混合系统展示了其沿着9公里长的单模光纤测量温度、应变和振动的能力，并具有良好的测量精度。