筱曉小課堂 

 DAS光纖傳感系統(tǒng) 隨著科技的不斷進(jìn)步，光纖傳感技術(shù)逐漸在多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。其中，分布式聲波傳感技術(shù)（DAS）以其好的優(yōu)勢(shì)和性能，成為了研究的熱點(diǎn)。本文將重點(diǎn)介紹DAS光纖傳感技術(shù)的原理以及我們的研究進(jìn)展。 分布式光纖聲波傳感(DAS)技術(shù)主要是一種利用激光在光纖中的后向瑞利散射來(lái)獲取沿線環(huán)境物理量變化的優(yōu)良感知技術(shù)，具有環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、傳感范圍大、信道間光速同步、時(shí)空分辨精度高等優(yōu)勢(shì)。當(dāng)光在光纖中傳播時(shí)，會(huì)與光纖中的分子發(fā)生相互作用，產(chǎn)生散射。根據(jù)彈光效應(yīng)和胡克定律，外界擾動(dòng)變化會(huì)改變光纖長(zhǎng)度和折射率，調(diào)制光波傳輸?shù)墓獬毯蜁r(shí)延，進(jìn)而導(dǎo)致接收端的光波相位發(fā)生變化。我們之前做的DVS系統(tǒng)已經(jīng)證明了這一點(diǎn)： 筱曉光子實(shí)驗(yàn)分析⑩——關(guān)于光纖分布式振動(dòng)傳感的研究 筱曉小課堂 

DAS的應(yīng)用領(lǐng)域是什么？

DAS具有密集的空間感知和遠(yuǎn)距離動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)等不可替代的優(yōu)勢(shì)，已初步應(yīng)用于油氣資源勘探、碳儲(chǔ)存與監(jiān)測(cè)、自然災(zāi)害探測(cè)、近地表地層分析等地球物理領(lǐng)域。

我們搭建的DAS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下所示。窄線寬激光器（NL Laser）輸出的激光分為兩路，10%的成分通過(guò)可調(diào)光衰減器（VOA）進(jìn)行光功率控制，90%的光使用AOM進(jìn)行脈沖化調(diào)制后，進(jìn)入光環(huán)形器1端口，2端口連接分布式傳感光纖，3端口接受傳感光纖后向散射回的光，然后通過(guò)小信號(hào)EDFA對(duì)微弱的返回光進(jìn)行放大，最后和VOA控制的本振光合束拍頻，使用PD轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)交給采集卡去解調(diào)。

傳感光纖放在藍(lán)牙音響上接受振動(dòng)

實(shí)時(shí)采集音頻圖（前半段播放音樂(lè)，后半段停止）

音頻地址 http://www.microphotons。。ｃｎ/Uploads/video/1705569776606682.wav

提問(wèn)&解答

對(duì)光源有要求嗎？

窄線寬激光器的選擇十分重要，如果激光器的相位噪聲較大，就會(huì)導(dǎo)致最終輸出的振動(dòng)信號(hào)信噪比很小。

必須使用1550nm波段嗎？

1550nm的激光在光纖中傳輸擁有最小的損耗，這是它在通信領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)。對(duì)于長(zhǎng)距離的分布式傳感系統(tǒng)，我們認(rèn)為低損耗同樣是一個(gè)很大的優(yōu)勢(shì)。

功率有要求嗎？

有要求，因?yàn)槿鹄⑸涔膺€是比較微弱的，需要添加脈沖式EDFA增加信噪比。

AOM帶寬有什么要求？

要小于采集卡的解調(diào)頻率 ，所以我們選擇了100MHz的AOM，方便采集卡進(jìn)行解調(diào)。

如何判斷聲波產(chǎn)生的位置？

OTDR技術(shù)就是解決這個(gè)問(wèn)題的。通過(guò)OTDR技術(shù)，可以測(cè)量光纖中的瑞利散射，通過(guò)測(cè)量光纖中的光信號(hào)變化來(lái)確定振動(dòng)產(chǎn)生的位置。具體來(lái)說(shuō)，當(dāng)光纖受到振動(dòng)時(shí)，光纖中的光信號(hào)會(huì)產(chǎn)生相位調(diào)制和強(qiáng)度調(diào)制，這些調(diào)制信號(hào)會(huì)被OTDR設(shè)備檢測(cè)到。通過(guò)分析OTDR設(shè)備輸出的光信號(hào)，可以確定振動(dòng)產(chǎn)生的位置。

隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用需求的增長(zhǎng)，DAS光纖傳感技術(shù)也在不斷發(fā)展。未來(lái)，DAS技術(shù)將朝著更高精度、更長(zhǎng)距離和更快速響應(yīng)的方向發(fā)展。同時(shí)，隨著新材料、新工藝和新算法的不斷涌現(xiàn)，DAS技術(shù)的性能和應(yīng)用范圍也將得到進(jìn)一步拓展。

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