一、前言

传感技术是指能够感知和检测某一形态的信息、并将之转换为另一形态信息的技术。从本质上来讲,传感技术是一种测量手段，利用信号与信号之间明确的对应关系，以一定精度进行信号的传输、转换及处理，从而满足系统信息传输、存储、显示、记录及控制等要求。

近几十年来，随着半导体集成技术、信息处理技术、光纤通信技术及新材料技术的突飞猛进，光纤传感技术也得到迅速发展起来的新型传感技术之一，它以光波为载体、光纤为媒质感知和传输外界被测量信号。分布式光纤传感技术是利用光在介质中的物理现象,经反射或散热后与被测量形成一定关联关系，得到被测物理温度、应变、振动等变化量，进而实现多种物理量的测量，比如可实现是对管线安全监测，包括管道泄漏监测、漏损渗漏监测、管道沉降监测、PCCP断丝检测，对光缆的状态监测、故障定位，输电线路覆冰、强风、舞动等灾害的预警具有重要作用。

二、优势

     与常规传感器相比，分布式光纤传感技术使用的光纤传感器包括光纤光栅传感器，具有测量灵敏度高、抗电磁干扰、抗辐射、耐高压、耐腐蚀、体积小、重量轻、适应恶劣环境等诸多优点，并且光纤元件本身既是探测元件又是传输元件，可以在光纤干线上连接许多光纤传感单元组成大范围的遥感系统，进行分布式监测与测量，利于智能化、集成化发展。在大型结构健康检测、航空航天、环境能源等众多领域均有非常广阔的应用前景。优势具体体现：

(1)高灵敏度；

(2)轻细柔韧便于安装埋设；

(3)电绝缘性及化学稳定性。光纤本身是一种高绝缘、化学性能稳定的物质，适用于电力系统及化学系统中需要高压隔离和易燃易爆等恶劣的环境中；

(4)良好的安全性。光纤传感器是电无源的敏感元件，故应用于测量中时，不存在漏电及电击等安全隐患；

(5)抗电磁干扰。一般情况下光波频率比电磁辐射频率高,因此光在光纤中传播不会受到电磁噪声的影响；

(6)可分布式测量。一根光纤可以实现长距离连续测控，能准确测出任一点上的应变、损伤、振动和温度等信息，并由此形成具备很大范围内的监测区域，提升对环境的检测水平；

(7)使用寿命长。光纤的主要材料是石英玻璃，外裹高分子材料的包层，这使得它具有相对于金属传感器更大的耐久性；

(8)传输容量大。以光纤为母线，用传输大容量的光纤代替笨重的多芯水下电缆采集收纳各感知点的信息，并且通过复用技术，来实现对分布式的光纤传感器监测。

三、分类

    分布式光纤传感技术根据传感光类型不同可分为散射光传感和前向光传感（基于前向光干涉的光纤传感技术工程上主要用于振动与声音的检测）两类。其中，根据散射光传感原理又分为三类：(1)基于瑞利散射的分布式光纤传感技术-主要用于检测振动与声音信号；(2)基于拉曼散射的分布式光纤传感技术-主要用于温度的测量；(3)基于布里渊散射的分布式光纤传感技术-主要用于应变与温度的双参数测量。

四、解析

（1）、基于瑞利散射的分布式光纤声波振动传感技术（distributed optical fiber acoustic sensing，DAS）。

它是利用相干瑞利散射光的相位而非光强来探测音频范围内的声音或振动等信号，不仅可以利用相位幅值大小来提供声音或振动事件强度信息，还利用线性定量测量值来实现对声音或振动事件相位和频率信息的获取。DAS可以认为是一个移动干涉式声波传感器在传感光纤探测外界信号，当声音或振动引起该位置干涉光相位的线性变化，通过提取该位置不同时刻的干涉信号并解调，就可实现外界物理量的定量测量。

分布式声波传感或者语音传感采用沿轴向连续后向散射增强的微结构光纤，基于光相干探测的微结构光时域反射传感技术，能够连续记录长距离光纤沿线的声波信号传递和声场空间分布。利用该原理ZUI小可探测应变可达亚纳应变，响应频带覆盖0-100khz声音，可应用于地震波、微振动等的分布式测量，在资源勘探、地震监测、管道安全、管线泄漏、周界安全及重大工程结构健康等领域中广泛应用（运用场景可参考http://www.hzmh1688.com/article/26.html。），光纤语音还原距离达到50km，振动传感距离可以到100km。

（2）、基于拉曼散射的分布式光纤传感技术（Distributed Temperature Sensing，DTS）.

工作原理：瑞利散射的光强对光纤的损耗敏感性极为不稳定，如果长期使用瑞利散射光作为测温系统的参考信号，势必将导致光纤的损耗特性发生不确定性的变化，系统稳定性变差，有导致系统无法运行的危险，因此在系统参考信号的选择时选取对温度变化ZUI大的散射，即选取拉曼散射。

它是由于光纤分子的热振动，会产生一个比光源波长长的光——斯托克斯 （Stokes）光和一个比光源波长短的光——反斯托克斯（Anti-Stokes）光。光纤受外部温度的调制使光纤中的反斯托克斯（Anti-Stokes）光强发生变化，Anti-Stokes与Stokes的比值提供了温度的JUE DUI指示，利用这一原理实现对沿光纤温度场的分布式测量，结合高品质的脉冲光源和高速的信号采集与处理技术，就可以得到沿光纤所有点的准确温度值。其原理可参考http://www.hzmh1688.com/article/20.html.

（3）、基于布里渊散射的分布式光纤传感技术（Brillouin Optical Time-Domain Reflectometry，BOTDR）。

工作原理：基于受激布里渊散射效应，受激布里渊散射可以经典描述为斯托克斯光、泵浦光、声波的非线性相互作用，泵浦光在光纤中传输时，由于电致伸缩效应，产生声波，声波反过来调制光纤的折射率，相当于随声波移动的调制光栅，在光栅的调制作用下，泵浦光由于多普勒效应，频率下移生成斯托克斯光。在量子力学中，受激布里渊散射效应又可以看成是一个泵浦光子的湮灭，同时产生一个声学声子和斯托克斯光子的过程。

解调发出泵浦光和探测光（斯托克斯光）两路光，分别从光纤的两端注入传感光纤中。当两路光的频率差落在布里渊光谱内，光纤中产生受激布里渊效应，能量从泵浦光向探测光发生转移，使探测光的受到增益，背向散射的探测光的时域分布反映出光纤各位置点所受布里渊增益的情况，测得光纤各点的布里渊频移值，即可由测得光纤各点所受应变和温度值。其它原理及运用可参考http://www.hzmh1688.com/article/24.html。

BOTDR技术同时应用于温度与应变传感领域，在分布式温度应变测量中，空间分辨率可达2m，传感精度ZUI高可达±1℃\±20με，监测距离可达200km（环路）。这种方法可用于光纤复合架空地线（OPGW）和全介质自承式（ADSS）光缆监测、建筑变形监测、地质沉降监测、桥梁变形监测、隧道变形监测等。

五、总结

     近年来, 光纤传感技术在电力工业、石油工业、新能源、安防监控、复合材料、化工、医疗、智慧城市、物联网、智能移动终端等领域受到越来越多地重视和应用，分布式光纤传感技术解决方案市场规模也将持续保持增长的态势。随着分布式光纤传感系统技术的发展和市场需求的不断增加，光纤传感器未来将会朝着更加智能化、实用化、多用途、新型化、低成本的趋势发展，分布式光纤传感系统技术是迅猛发展起来的技术之一，它与通信技术、计算机技术构成信息产业的三大支柱。生物医学、水下应用、轨道交通、土木工程、智能电网、安全应急、油气资源、环境监测被称为八大主要应用领域。

    其光纤技术涵盖了微纳结构光纤传感器、光纤传感器原理及器件、新型光纤及应用、光纤光栅传感器、分布式光纤传感器、光纤生物、化学和医学传感器，水下技术及应用、轨道交通、土木工程基础设施监测、智能电网、激光/光纤传感器安全应急、油气资源领域、资源环境监测等主要专题。