▍本文由論文作者團隊（課題組）投稿

物聯網技術是近年來的熱門話題。在物聯網網絡構架中，最底層的感知層由各種各樣的傳感器組成，主要負責外界信息采集。相比于傳統的電傳感器，光纖傳感器具有其不可替代的優勢。光纖傳感器體積小，抗電磁干擾，壽命長，不易進水和被腐蝕；成本低，布線簡單，損耗極低，因此支持長距離、大規模傳感；光對光纖所處環境的變化測量靈敏度高、動態范圍大。因此，光纖傳感器在眾多領域如航空航天、生物傳感、電力電網、建筑監測等得到了廣泛的應用。

分布式光纖傳感器是基于光纖中的背向散射效應和分布式定位技術，來實現沿待測光纖全分布式的傳感。現有的系統一般只針對光纖所處環境的某一種參量進行測量。而在針對光纖傳感的監測對象進行多方面同時監測的應用中，則需要架設多套獨立的光纖傳感系統。顯然，這增加了工程的復雜度和成本。

為了解決這一問題，上海交通大學樊昕昱、何祖源團隊聯合西南交通大學閆連山團隊提出了多機理融合的分布式光纖傳感技術。

這項技術在一套分布式光纖傳感系統中結合多種傳感機理，實現了多種參量的同時測量。這種方式極大提高了待測結構設施的多參量測量效率，降低系統應用成本，且便于鋪設安裝。相比于利用特種光纖以及分立式光纖傳感元件進行傳感的多參量測量系統，多機理融合的分布式傳感系統可以基于普通的通信用單模光纖實現多參量的測量，大大降低了傳感器的成本。

該成果以“Single-end hybrid Rayleigh Brillouin and Raman distributed fibre-optic sensing system”為題發表在Light: Advanced Manufacturing。

該團隊設計一套分布式傳感系統，在同一傳感光纖上結合了瑞利散射、受激布里淵散射和自發拉曼散射現象實現了沿光纖的振動、溫度和應變的同時傳感并定量測量。該系統在一次探測中將兩個相鄰光脈沖打入光纖，利用前一個脈沖的瑞利散射光實現振動測量，同時和后一個脈沖組成溫度/應變測量系統的探測光和泵浦脈沖，發生受激布里淵散射。結合脈沖編碼調整兩脈沖之間的時間間隔，在時域上區分兩脈沖的自發拉曼散射光用于溫度測量，解決了受激布里淵散射傳感中溫度應變交叉敏感的問題。

該系統不同于三種測量系統的簡單拼湊，而是使用同一光源，并僅通過接收一個脈沖的瑞利散射光實現振動、溫度和應變的同時傳感，通過接收拉曼散射光實現溫度的傳感。這項技術以精簡的系統實現多參量的同時測量，提升了測量反饋速度，采用單端測量方式降低系統復雜度，并實現了9千米測量距離下，定位精度小于10米、振動噪底10pε/√Hz、布里淵頻移測量精度0.58MHz、溫度測量精度0.5℃的測量指標，實現了應變溫度參量的完全分離。

多機理融合的分布式光纖傳感系統拓展了分布式光纖傳感的應用場景，得益于其極大的傳感規模和優秀的傳感性能，同時系統成本遠低于傳統傳感器網絡，多機理融合的分布式光纖傳感技術在大規模傳感領域如大型設備監測、油氣管道監測、軌道交通監測、建筑結構監測等領域具有極大的應用潛力。

圖1：多機理融合的分布式光纖傳感系統原理示意圖

| 論文信息 |

Linjing Huang, Xinyu Fan, Haijun He, Lianshan Yan, Zuyuan He. Single-end hybrid Rayleigh Brillouin and Raman distributed fibre-optic sensing system[J]. Light: Advanced Manufacturing 4, 16(2023). 

https://doi.org/10.37188/lam.2023.016

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