【原创】筱晓小课堂——DAS系统原理介绍

　　DAS光纤传感系统-长距离声波信号检测专家

　　DAS光纤传感系统利用光纤作为声压传感器的检测元件，通过光纤中内部光的运动对光纤表面的压力变化的反射，实现声波信号的测量。

　　当声波作用于光纤时，会引起光纤表面微小的形变或压力变化，这种变化会改变光纤中光的传播特性，进而被系统捕捉并转化为电信号进行处理和分析。

　　筱晓光子的DAS演示系统光路结构如下

　　首先使用窄线宽的外腔半导体激光器作为光源，使用10：90耦合器将光分为两路，10%的一路作为偏振分集相干接收模块(PDR)的local端，90%的光经过AOM脉冲化，变成ns级的光脉冲，后经过单频脉冲光放大器(EDFA)，放大脉冲光，然后送入传感光纤，并用光环形器接收传感光纤实时返回的散射光作为PDR的signal。

　　系统搭建示意图

　　我们的DAS系统采用的是φ-OTDR的原理，需要通过捕捉激光的相位信息来还原振动信号，因此对光源的相干性要求较高，激光线宽需要达到kHz量级。同时EDFA要注意不要恶化线宽，保证线宽的同时实现对脉冲光进行放大。PDR内部是两个BPD，分别记录两个偏振态下两束光的拍频信号，避免偏振衰落。传感光纤我们选了两段光纤作为演示，长度分别为100m和200m，最终光路实物图如下。

　　实物演示图

　　演示过程中，我们以较小的时间间隔分别敲击两盘光纤，这是最终记录的相位信息图。图的纵坐标是光纤的分布坐标，代表不同光纤位置的振动信息，横坐标是时间坐标，反映不同时间点的相位。可以看出，两盘光纤的振动存在一个时间间隔。

　　相位信息图

　　光纤单点的相位变化图

　　光纤瑞利散射光功率分布图

　　DAS系统最大的特点：是分布式测量，即整个光纤线路都可以作为传感器使用，能够实现对长距离、大范围内的振动信号进行连续、实时的监测。

　　DAS系统的应用场景：

　　地震监测‌：利用DAS技术进行地震波形监测和断层破裂特征分析‌。

　　‌地下结构成像‌：通过DAS系统获取地下结构的详细信息‌。

　　‌大气环境监测‌：监测大气中的各种参数变化‌。

　　‌海洋监测‌：用于海洋环境中的各种物理和化学参数测量‌。

　　‌生物学监测‌：在生物学研究中监测生物活动和环境变化‌。

　　‌极地探测‌：在极地环境中进行高精度的测量‌。

　　‌结构健康监测‌：用于监测建筑物和基础设施的健康状况‌。

　　最后，local光和signal光进行干涉得到含有振动信息电信号，通过采集卡进行ADC转换和IQ解调，将实时的相位信息和振幅信息通过PCIE接口传入PC进行最终的数据处理。

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