分布式光纤传感器在安防领域应用的研究摘要：本文首先概述了分布式光纤传感器的研究背景及其国内外发展现状，然后介绍多种基于不同原理的分布式光纤传感器的研究现状及其优缺点，最后通过技术难点和市场需求分析对分布式光纤传感器的发展前景进行了展望。关键字：分布式光纤传感器；安防引言随着社会经济的不断发展，人们对生活环境安全性的要求越来越高。特别是涉及到生命与财产方面的安全防范时，人们希望能够提前预测灾难等事故的发生，从而把伤亡及损失降到最低点。然而在面对这些要求与问题时，传统传感器已经显得力不从心，因此光纤传感器所独有的抗电磁干扰、耐腐蚀、耐水、耐高温等特性以及整个光纤通道都可以作为传感单元的优点，给其创造了巨大发展机遇。从上世纪七十年代末，有关光纤传感器的研究就已经开始出现，随后几十年更是得到了广泛的关注和深入的研究。到目前为止，关于光纤传感器在各种领域的研究正进行的如火如荼。光纤温度传感器、光纤压力传感器、光纤位移传感器等各种特殊用途的光纤传感器层出不穷，几乎可以应用在传统电学传感器工作的各种领域，并且具有比传统的电学传感器更高的灵敏度及使用寿命。在目前有关光纤传感器研究的各种领域中，分布式光纤传感器是目前最有吸引力和发展前途的一类传感器。分布式光纤传感技术是利用光纤纵向特性进行测量的技术，它把被测量作为光纤长度的函数，可以在整个光纤长度上对沿光纤几何路径分布的外部物理参量进行连续的实时测量，能够为人们提供被测物理参量的空间分布及其随时间变化的特征，可以广泛的应用在国土安防，围界入侵监测，建筑物健康监测，打孔导油等领域。这类传感器根据传感原理可以分为以下几种：（1）基于干涉的分布式光纤传感器；(2)基于OTDR的分布式光纤传感器；(3)基于FBG的分布式光纤传感器。国内外的研究兴趣主要集中在基于OTDR的分布式光纤传感器，特别是在通过测量各种后向散射进行分布式传感的应用领域进行了大量的研究，下面将一一介绍上述各种传感器的测量原理及其在安防领域应用的研究现状。分布式光纤传感器的技术进展基于马赫——泽德干涉仪原理的分布式光纤传感器基于干涉原理的传感器研究方面主要是利用马赫——泽德干涉仪原理进行分布式测量，如图1所示。激光器发出的光经过3dB耦合器后分成两束光，分别从正反两个方向进入干涉仪，正向传输的光由PD2探测，反向传输的光由PD1探测。当距离耦合器G为L1的位置处产生扰动时，在干涉仪测量臂与参考臂上正反向传输的两对光束就会产生相位差，从而使探测器探测到的干涉信号出现波动，根据两探测器探测到信号波动的时间差就可以计算出扰动的位置L1。这种类型的分布式光纤传感器由于最后探测的是两束光的干涉信号，所以监测原理比较简单，但对光源的相干性要求比较高。它的传感灵敏度较高，测量时间短，但不能进行多点的同时测量和定位。国内发表此类传感器论文的研究机构主要有北航仪器科学与光电工程学院的张春熹团队，天津大学精密测试技术与仪器国家重点实验室靳世久团队等。他们所用的测量原理基本相同，不同点主要在于后期进行时延估计的信号处理方法，这也导致最后的测量与定位精度有高有低。这里张春熹团队所报告的定位精度最优，达到40m。国外最近几年已没有关于此类传感器的论文发表，各研究机构兴趣主要集中基于OTDR的分布式光纤传感器领域。图1：M-Z干涉仪光路图基于OTDR的分布式光纤传感器分布式光纤传感器多是利用光纤中的散射光或荧光所提供的物理信息，而采用OTDR技术进行探测更是一种典型做法。基于OTDR的分布式光纤传感器具有多种类型，包括基于相位的Φ-OTDR传感系统、基于偏振的P-OTDR传感系统和基于各类后向散射的OTDR传感系统，这些传感器的主要原理都是通过检测光纤中的后向散射光来进行分布式传感。近年来主要在以下三个方面取得了明显的突破：基于瑞利散射的分布式传感技术、基于拉曼散射的分布式传感技术、基于布里渊散射的分布式传感技术。2.1基于相位的OTDR分布式传感技术1993年，国外HenryF.Taylor等人首先获得了关于光纤入侵监测装置和方法的专利，随后在基于Φ-OTDR的分布式光纤传感器技术上做了大量研究并发表了一系列的论文。C.K.Madsen等人发表论文“LongFiber-opticPerimeterSensor:SignatureAnalysis”针对HenryF.Taylor等人关于Φ-OTDR分布式光纤传感器技术中的后期信号处理过程提出了新的算法，通过新的算法可以识别不同类型的扰动信号，从而可以确定不同的入侵情况。2009年电子科技大学宽带光纤传输和通信网技术教育部重点实验室饶云江团队首次提出了一种基于纤维增强塑料(FRP)传感光缆的新型高灵敏相位敏感光时域反射计(Φ-OTDR)分