光纤传感技术基本原理

当光波在光纤中传播时, 外部因素(例如: 振动、温度、压力、应变、气体、磁场等)的变化会引起光波产生散射, 根据散射的性质不同, 实现对外界物理参数的感知, 因此光纤被比作“人造神经”。

光波在光纤中传播主要发生3种散射: 瑞利散射、布里渊散射以及拉曼散射(图 1)。其中, 瑞利散射是尺度远小于入射光波波长的粒子所产生的散射现象, 瑞利散射光波波长等于入射光波波长, 没有能量变化, 是一种弹性光散射。首先, 在地震波(声压)作用下, 沿光纤轴向的声波作用于光纤会产生微小应变, 由于光弹效应, 导致光散射信号的相位发生变化。经过相位解调和信号处理, 就可实现分布式光纤声波传感(distributed acoustic sensing, DAS)。