Ứng dụng Laser ngẫu nhiên sợi quang trong cảm biến phân tán

Năm 2013, một khái niệm mới về DRA dựa trên máy bơm DFB-RFL cao cấp đã được đề xuất và kiểm chứng bằng thực nghiệm. Do cấu trúc khoang bán mở độc đáo của DFB-RFL, cơ chế phản hồi của nó chỉ dựa vào tán xạ Rayleigh phân bố ngẫu nhiên trong sợi. Cấu trúc quang phổ và công suất đầu ra của tia laser ngẫu nhiên bậc cao được tạo ra cho thấy độ nhạy nhiệt độ tuyệt vời, do đó DFB-RFL cao cấp có thể tạo thành nguồn bơm phân bố hoàn toàn có độ ồn thấp rất ổn định. Thí nghiệm trong Hình 13(a) xác minh khái niệm khuếch đại Raman phân tán dựa trên DFB-RFL bậc cao và Hình 13(b) cho thấy sự phân bố khuếch đại ở trạng thái truyền trong suốt dưới các công suất bơm khác nhau. Có thể thấy khi so sánh rằng bơm laser bậc hai hai chiều là tốt nhất, với độ phẳng đạt được là 2,5 dB, tiếp theo là bơm laser ngẫu nhiên bậc hai lùi (3,8 dB), trong khi bơm laser ngẫu nhiên về phía trước gần với bơm laser ngẫu nhiên bậc một. bơm hai chiều, tương ứng Ở mức 5,5 dB và 4,9 dB, hiệu suất bơm DFB-RFL lạc hậu có mức tăng trung bình thấp hơn và độ dao động của mức tăng. Đồng thời, hệ số nhiễu hiệu dụng của bơm DFB-RFL chuyển tiếp trong cửa sổ truyền trong suốt trong thí nghiệm này thấp hơn 2,3 dB so với bơm hai chiều bậc một và thấp hơn 1,3 dB so với bơm hai chiều hai chiều. . So với DRA thông thường, giải pháp này có những ưu điểm toàn diện rõ ràng trong việc ngăn chặn sự truyền nhiễu cường độ tương đối và thực hiện truyền/cảm biến cân bằng toàn dải, đồng thời tia laser ngẫu nhiên không nhạy cảm với nhiệt độ và có độ ổn định tốt. Do đó, DRA dựa trên DFB-RFL cao cấp có thể cung cấp khả năng khuếch đại cân bằng phân tán ổn định và có độ nhiễu thấp để truyền/cảm biến sợi quang đường dài và có khả năng thực hiện truyền dẫn và cảm biến không chuyển tiếp khoảng cách siêu dài .

Distributed Fiber Sensing (DFS), là một nhánh quan trọng trong lĩnh vực công nghệ cảm biến sợi quang, có những ưu điểm vượt trội sau: Bản thân sợi quang là một cảm biến, tích hợp cảm biến và truyền dẫn; nó có thể liên tục cảm nhận nhiệt độ của từng điểm trên đường dẫn cáp quang. Sự phân bố không gian và thông tin thay đổi của các thông số vật lý như độ căng, v.v.; một sợi quang có thể thu được tới hàng trăm nghìn điểm thông tin cảm biến, có thể tạo thành mạng cảm biến có khoảng cách xa nhất và dung lượng lớn nhất hiện nay. Công nghệ DFS có triển vọng ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực giám sát an toàn các cơ sở quan trọng liên quan đến nền kinh tế quốc dân và sinh kế của người dân, như cáp truyền tải điện, đường ống dẫn dầu khí, đường sắt cao tốc, cầu và đường hầm. Tuy nhiên, để hiện thực hóa DFS với khoảng cách xa, độ phân giải không gian cao và độ chính xác đo, vẫn còn những thách thức như vùng có độ chính xác thấp quy mô lớn do mất sợi, mở rộng phổ do phi tuyến và lỗi hệ thống do không định vị.
Công nghệ DRA dựa trên DFB-RFL cao cấp có các đặc tính độc đáo như mức tăng phẳng, độ ồn thấp và độ ổn định tốt và có thể đóng một vai trò quan trọng trong các ứng dụng DFS. Đầu tiên, nó được áp dụng cho BOTDA để đo nhiệt độ hoặc biến dạng áp dụng cho sợi quang. Thiết bị thí nghiệm được thể hiện trong Hình 14(a), trong đó phương pháp bơm kết hợp giữa laser ngẫu nhiên bậc hai và LD có độ ồn thấp bậc nhất được sử dụng. Kết quả thực nghiệm cho thấy hệ thống BOTDA có chiều dài 154,4 km có độ phân giải không gian 5 m và độ chính xác nhiệt độ là ±1,4 oC, như trong Hình 14(b) và (c). Ngoài ra, công nghệ DFB-RFL DRA cao cấp đã được áp dụng để tăng khoảng cách cảm nhận của máy đo phản xạ miền thời gian quang nhạy pha (Φ-OTDR) để phát hiện rung/nhiễu loạn, đạt khoảng cách cảm nhận kỷ lục là 175 km 25 m không gian nghị quyết. Vào năm 2019, thông qua việc kết hợp RFLA bậc hai chuyển tiếp và khuếch đại laser ngẫu nhiên sợi quang bậc ba lùi, FU Y et al. đã mở rộng phạm vi cảm biến của BOTDA không lặp lại lên 175 km. Theo chúng tôi được biết, hệ thống này đã được báo cáo cho đến nay. Khoảng cách xa nhất và hệ số chất lượng cao nhất (Hình khen thưởng, FoM) của BOTDA không có bộ lặp. Đây là lần đầu tiên khuếch đại laser ngẫu nhiên sợi quang bậc ba được áp dụng cho hệ thống cảm biến sợi quang phân tán. Việc hiện thực hóa hệ thống này xác nhận rằng khuếch đại laser ngẫu nhiên sợi quang bậc cao có thể cung cấp phân bố khuếch đại cao và phẳng, đồng thời có mức nhiễu có thể chấp nhận được.