OFDR与TGD-OFDR光纤传感技术介绍
OFDR系统中采用线性扫频的激光作为光源来实现相干检测,将光纤中后向散射/反射光的位置信息映射为拍频信号的频率,因此空间分辨能力不受接收机带宽和探测脉冲持续时间的限制,且OFDR具有较高的信噪比,尤其适用于空间分辨率在亚毫米至分米级的应用中。OFDR可用于光纤链路或者光波导器件的诊断、高密度光纤光栅阵列的解调,以及基于瑞利散射实现分布式温度与应变检测。
OFDR技术相对于OTDR技术在空间分辨率与动态范围方面具有明显的优势,是亚毫米到分米级分辨率的分布式传感系统的主要实现方案,不仅适用于中短距光纤网络和光器件的状态监测,而且该技术结合光纤光栅光谱或瑞利后向散射信号的分析,可实现温度、应变、振动、形状等外界物理参量的检测。此外,OFDR技术是高性能的激光雷达和光学相干层析(OCT)等技术的重要实现方法。
OFDR系统的主要噪声源是光源的扫频非线性和自发辐射所引起的相位噪声，导致OFDR系统的空间分辨率随着探测距离的增加而下降。有两种方式来抑制上述噪声带来的影响：一是通过反馈控制、前馈控制等技术提高光源的扫频线性度和相位噪声的实时补偿；二是使用辅助干涉仪检测激光器的相位噪声，并据此补偿相位噪声对OFDR性能的影响。两种方法都可以在数十千米的传感范围内实现亚米级的空间分辨率。
检测动态信号的串扰是OFDR用于DAS系统时面临的主要挑战。由于探测光持续时间很长，当待测光纤上有高频振动时，探测脉冲在经过振动区域时会受到相位调制，从而导致在光纤上前一个位置的振动对后一个位置的检测造成串扰。串扰的严重性随着振动频率的提高而增加，影响了OFDR系统在动态应变测量中的应用。如果串扰问题得到有效解决，OFDR将成为高空间分辨率DAS系统的有力解决方案
TGD-OFDR是一种结合了OTDR和OFDR的反射仪技术，基本结构如图5所示。与COTDR相比，TGD-OFDR的区别为，其探测脉冲不是单频率脉冲而是线性频率调制（LFM）脉冲；与OFDR相比，区别在于其本地光信号为单频激光而非扫频激光。
TGD-OFDR系统结构图
采用线性扫频探测光，空间分辨率取决于扫频范围，与探测脉冲持续时间无关（OFDR原理），能够同时实现高空间分辨率、长距离。本地光为稳频光，又解决了传统OFDR测量距离短的问题。
参考文献：何祖源, 刘庆文 . 光纤分布式声波传感器原理与应用[J]. 激光与光电子学进展, 2021, 58(13): 1306001.
