Ammatillinen tieto

Satunnaiskuitulaserin käyttö hajautetussa sensorissa

2021-11-29
Verrattuna erilliseen optiseen kuituvahvistustekniikkaan,Hajautettu Raman-vahvistus(DRA) -tekniikka on osoittanut ilmeisiä etuja monissa asioissa, kuten kohinakuvassa, epälineaarisessa vauriossa, vahvistuksen kaistanleveydessä jne., ja se on saavuttanut etuja valokuituviestinnän ja -tunnistuksen alalla. laajasti käytetty. Korkealuokkainen DRA voi tehdä vahvistuksen syvälle linkkiin saavuttaakseen lähes häviöttömän optisen lähetyksen (eli optisen signaali-kohinasuhteen ja epälineaarisen vaurion parhaan tasapainon) ja parantaa merkittävästi optisen kuidun lähetyksen kokonaistasapainoa/ aistiminen. Verrattuna tavanomaiseen huippuluokan DRA:han, ultrapitkään kuitulaseriin perustuva DRA yksinkertaistaa järjestelmän rakennetta, ja sen etuna on vahvistuspuristintuotanto, mikä osoittaa vahvan sovelluspotentiaalin. Tämä vahvistusmenetelmä kohtaa kuitenkin edelleen pullonkauloja, jotka rajoittavat sen soveltamista pitkän matkan optiseen kuitulähetykseen/tunnistukseen, kuten pumpputunnistuksen suhteellisen intensiteetin kohinan siirtoa ja optista signaali-kohinasuhdetta on parannettava.

Vuonna 2013 ehdotettiin uutta huippuluokan DFB-RFL-pumppuun perustuvaa DRA-konseptia, joka varmistettiin kokein. DFB-RFL:n ainutlaatuisen puoliavoimen onkalorakenteen ansiosta sen takaisinkytkentämekanismi perustuu vain kuituun satunnaisesti jakautuneeseen Rayleigh-sirontaan. Korkealuokkaisen satunnaislaserin spektrirakenne ja lähtöteho osoittavat erinomaista lämpötilaherkkyyttä, joten huippuluokan DFB-RFL voi muodostaa erittäin vakaan, hiljaisen täysin hajautetun pumppulähteen. Kuvassa 13(a) esitetty koe varmistaa hajautetun Raman-vahvistuksen käsitteen korkean kertaluvun DFB-RFL:n perusteella, ja kuva 13(b) esittää vahvistuksen jakautumisen läpinäkyvässä lähetystilassa eri pumpputehoilla. Vertailusta voidaan nähdä, että kaksisuuntainen toisen asteen pumppaus on paras, vahvistuksen tasaisuus on 2,5 dB, jota seuraa taaksepäin toisen asteen satunnainen laserpumppaus (3,8 dB), kun taas eteenpäin suuntautuva satunnainen laserpumppaus on lähellä ensimmäisen kertaluokan pumppausta. kaksisuuntainen pumppaus 5,5 dB:llä ja 4,9 dB:llä taaksepäin DFB-RFL-pumppausteho on pienempi keskimääräinen vahvistus ja vahvistuksen vaihtelu. Samaan aikaan eteenpäin suuntautuvan DFB-RFL-pumpun tehollinen kohinaluku läpinäkyvässä lähetysikkunassa tässä kokeessa on 2,3 dB pienempi kuin kaksisuuntaisen ensimmäisen kertaluvun pumpun ja 1,3 dB pienempi kuin kaksisuuntaisen toisen kertaluvun pumpun. . Perinteiseen DRA:han verrattuna tällä ratkaisulla on ilmeisiä kokonaisvaltaisia ​​etuja suhteellisen intensiteetin kohinansiirron vaimentamisessa ja täyden alueen balansoidun lähetyksen/tunnistuksen toteuttamisessa, ja satunnaislaser on herkkä lämpötilalle ja sillä on hyvä stabiilisuus. Siksi huippuluokan DFB-RFL:ään perustuva DRA voi olla Se tarjoaa hiljaisen ja vakaan hajautetun balansoidun vahvistuksen pitkän matkan optisen kuidun lähetykseen/tunnistukseen, ja sillä on potentiaalia toteuttaa erittäin pitkän matkan ei-relelähetystä ja -tunnistusta. .


Distributed Fiber Sensing (DFS), joka on tärkeä osa optisen kuidun tunnistusteknologian alalla, tarjoaa seuraavat erinomaiset edut: Optinen kuitu itsessään on anturi, joka yhdistää tunnistuksen ja lähetyksen; se pystyy jatkuvasti havaitsemaan optisen kuidun polun kunkin pisteen lämpötilan. Fyysisten parametrien, kuten venymän jne., tilajakauma ja muutostiedot; yksi valokuitu voi saada jopa satoja tuhansia pisteitä anturitietoa, mikä voi muodostaa pisimmän etäisyyden ja suurimman kapasiteetin anturiverkon tällä hetkellä. DFS-teknologialla on laajat sovellusmahdollisuudet kansantalouden ja ihmisten toimeentuloon liittyvien suurten laitosten, kuten voimansiirtokaapeleiden, öljy- ja kaasuputkien, suurten nopeuksien rautateiden, siltojen ja tunneleiden, turvallisuusseurannassa. Kuitenkin DFS:n toteuttaminen pitkän matkan, korkean spatiaalisen resoluution ja mittaustarkkuuden kanssa vaatii edelleen haasteita, kuten kuituhäviön aiheuttamat laajamittaiset matalan tarkkuuden alueet, epälineaarisuuden aiheuttama spektrin laajeneminen ja ei-lokalisoinnin aiheuttamat järjestelmävirheet.
Huippuluokan DFB-RFL:ään perustuvalla DRA-tekniikalla on ainutlaatuisia ominaisuuksia, kuten tasainen vahvistus, alhainen kohina ja hyvä vakaus, ja sillä voi olla tärkeä rooli DFS-sovelluksissa. Ensin sitä käytetään BOTDA:lle mittaamaan optiseen kuituun kohdistettu lämpötila tai jännitys. Kokeellinen laite on esitetty kuvassa 14(a), jossa käytetään toisen asteen satunnaislaserin ja ensimmäisen asteen matalakohinaisen LD:n hybridipumppausmenetelmää. Koetulokset osoittavat, että 154,4 km:n pituisen BOTDA-järjestelmän avaruudellinen resoluutio on 5 m ja lämpötilatarkkuus ±1,4 ℃, kuten kuvassa 14(b) ja (c). Lisäksi huippuluokan DFB-RFL DRA -tekniikkaa käytettiin lisäämään vaiheherkän optisen aikaalueen heijastusmittarin (Φ-OTDR) tunnistusetäisyyttä tärinän/häiriön havaitsemiseen, jolloin saavutettiin ennätysetäisyys 175 km 25 m. spatiaalinen resoluutio. Vuonna 2019 sekoittamalla eteenpäin toisen asteen RFLA:ta ja taaksepäin kolmannen asteen satunnaislaservahvistusta, FU Y et al. laajensi toistinttoman BOTDA:n tunnistusalueen 175 kilometriin. Tietojemme mukaan tämä järjestelmä on raportoitu tähän mennessä. BOTDA:n pisin etäisyys ja korkein laatutekijä (Figure of Merit, FoM) ilman toistinta. Tämä on ensimmäinen kerta, kun kolmannen asteen satunnaislaservahvistusta on sovellettu hajautettuun optisen kuidun tunnistusjärjestelmään. Tämän järjestelmän toteutus vahvistaa, että korkealuokkainen kuitu-satunnaislaservahvistus voi tarjota korkean ja tasaisen vahvistuksen jakautumisen, ja sillä on siedettävä melutaso.