【原創】筱曉小課堂——DAS系統原理介紹

　　DAS光纖傳感系統-長距離聲波信號檢測專家

　　DAS光纖傳感系統利用光纖作為聲壓傳感器的檢測元件，通過光纖中內部光的運動對光纖表面的壓力變化的反射，實現聲波信號的測量。

　　當聲波作用于光纖時，會引起光纖表面微小的形變或壓力變化，這種變化會改變光纖中光的傳播特性，進而被系統捕捉并轉化為電信號進行處理和分析。

　　筱曉光子的DAS演示系統光路結構如下

　　首先使用窄線寬的外腔半導體激光器作為光源，使用10：90耦合器將光分為兩路，10%的一路作為偏振分集相干接收模塊(PDR)的local端，90%的光經過AOM脈沖化，變成ns級的光脈沖，后經過單頻脈沖光放大器(EDFA)，放大脈沖光，然后送入傳感光纖，并用光環形器接收傳感光纖實時返回的散射光作為PDR的signal。

　　系統搭建示意圖

　　我們的DAS系統采用的是φ-OTDR的原理，需要通過捕捉激光的相位信息來還原振動信號，因此對光源的相干性要求較高，激光線寬需要達到kHz量級。同時EDFA要注意不要惡化線寬，保證線寬的同時實現對脈沖光進行放大。PDR內部是兩個BPD，分別記錄兩個偏振態下兩束光的拍頻信號，避免偏振衰落。傳感光纖我們選了兩段光纖作為演示，長度分別為100m和200m，最終光路實物圖如下。

　　實物演示圖

　　演示過程中，我們以較小的時間間隔分別敲擊兩盤光纖，這是最終記錄的相位信息圖。圖的縱坐標是光纖的分布坐標，代表不同光纖位置的振動信息，橫坐標是時間坐標，反映不同時間點的相位。可以看出，兩盤光纖的振動存在一個時間間隔。

　　相位信息圖

　　光纖單點的相位變化圖

　　光纖瑞利散射光功率分布圖

　　DAS系統最大的特點：是分布式測量，即整個光纖線路都可以作為傳感器使用，能夠實現對長距離、大范圍內的振動信號進行連續、實時的監測。

　　DAS系統的應用場景：

　　地震監測?：利用DAS技術進行地震波形監測和斷層破裂特征分析?。

　　?地下結構成像?：通過DAS系統獲取地下結構的詳細信息?。

　　?大氣環境監測?：監測大氣中的各種參數變化?。

　　?海洋監測?：用于海洋環境中的各種物理和化學參數測量?。

　　?生物學監測?：在生物學研究中監測生物活動和環境變化?。

　　?極地探測?：在極地環境中進行高精度的測量?。

　　?結構健康監測?：用于監測建筑物和基礎設施的健康狀況?。

　　最后，local光和signal光進行干涉得到含有振動信息電信號，通過采集卡進行ADC轉換和IQ解調，將實時的相位信息和振幅信息通過PCIE接口傳入PC進行最終的數據處理。

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