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

Vào năm 2013, một khái niệm mới về DRA dựa trên máy bơm DFB-RFL cao cấp đã được đề xuất và xác minh bằng các thí 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 quang. Cấu trúc quang phổ và công suất đầu ra của laser ngẫu nhiên bậc cao được tạo ra thể hiện độ nhạy nhiệt độ tuyệt vời, vì vậy DFB-RFL cao cấp có thể tạo thành một nguồn bơm phân phối hoàn toàn có độ ồn thấp rất ổn định. Thí nghiệm thể hiện 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 trong trạng thái truyền trong suốt dưới các công suất bơm khác nhau. Có thể thấy khi so sánh rằng bơm bậc hai hai chiều là tốt nhất, với độ lợi bằng phẳng là 2,5 dB, tiếp theo là bơm laser ngẫu nhiên bậc hai ngược (3,8 dB), trong khi bơm laser ngẫu nhiên thuận gần với bậc một bơm hai chiều, tương ứng Ở 5,5 dB và 4,9 dB, hiệu suất bơm DFB-RFL ngược là độ lợi trung bình thấp hơn và dao động độ lợi. Đồng thời, con số tiếng ồn hiệu quả của máy bơm DFB-RFL thuận trong cửa sổ truyền trong suốt trong thí nghiệm này thấp hơn 2,3 dB so với máy bơm bậc một hai chiều và thấp hơn 1,3 dB so với máy bơm bậc hai hai chiều. . So với DRA thông thường, giải pháp này có lợi thế toàn diện rõ ràng trong việc ngăn chặn truyền nhiễu cường độ tương đối và nhận ra truyền / cảm biến cân bằng toàn dải và 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 ít nhiễu để truyền / cảm biến cáp quang khoảng cách xa, đồng thời có khả năng nhận ra cảm biến và truyền dẫn không dùng rơle khoảng cách cực xa .

Cảm biến sợi quang phân tán (DFS), là một nhánh quan trọng trong lĩnh vực công nghệ cảm biến sợi quang, có những ưu điểm nổi bật sau: Bản thân sợi quang là một bộ cảm biến, tích hợp cảm biến và truyền dẫn; nó có thể liên tục cảm nhận nhiệt độ của từng điểm trên đường dẫn sợi quang Thông tin phân bố không gian và thay đổi của các thông số vật lý như, biến dạng, v.v ...; một sợi quang duy nhất 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 của các công trình chính liên quan đến nền kinh tế quốc dân và đời sống của người dân, chẳng hạn như cáp truyền tải điện, đường ống dẫn dầu và khí đốt, đường sắt cao tốc, cầu và hầm. Tuy nhiên, để thực hiện DFS với khoảng cách xa, độ phân giải không gian cao và độ chính xác của phép đo, vẫn còn những thách thức như các vùng có độ chính xác thấp quy mô lớn gây ra bởi suy hao sợi quang, mở rộng phổ do phi tuyến tính và lỗi hệ thống do không cục bộ hóa.
Công nghệ DRA dựa trên DFB-RFL cao cấp có các đặc tính độc đáo như độ lợi bằng phẳng, tiếng 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 được áp dụng cho sợi quang. Thiết bị thí nghiệm được thể hiện trong Hình 14 (a), trong đó sử dụng phương pháp bơm hỗn hợp giữa laser ngẫu nhiên bậc hai và LD tiếng ồn thấp bậc một. Kết quả thực nghiệm cho thấy hệ thống BOTDA dài 154,4 km có độ phân giải không gian là 5 m và độ chính xác về nhiệt độ là ± 1,4 â „ƒ, như trong Hình 14 (b) và (c). Ngoài ra, công nghệ DFB-RFL DRA cao cấp được áp dụng để tăng khoảng cách phát hiện của máy đo phản xạ miền thời gian quang học nhạy pha (Φ-OTDR) để phát hiện rung / nhiễu, đạt được khoảng cách phát hiện kỷ lục 175 km 25 m độ phân giải không gian. Vào năm 2019, thông qua sự kết hợp của RFLA bậc hai chuyển tiếp và khuếch đại laser sợi quang ngẫu nhiên bậc ba ngược, FU Y et al. đã mở rộng phạm vi cảm biến của BOTDA không có bộ lặp 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 Bằng khen, FoM) của BOTDA không có bộ lặp. Đây là lần đầu tiên khuếch đại laser sợi quang bậc ba được áp dụng cho hệ thống cảm biến sợi quang phân tán. Việc thực hiện hệ thống này xác nhận rằng khuếch đại laser sợi quang bậc cao có thể cung cấp phân bố độ lợi cao và phẳng, và có mức nhiễu có thể chấp nhận được.