Physik und Anwendungen der Raman-verteilten optischen Fasererfassung

Es hat sich gezeigt, dass die verteilte optische Raman-Fasererfassung ein ausgereiftes und vielseitiges Schema ist, das eine große Flexibilität und Effektivität für die verteilte Temperaturmessung einer Vielzahl von technischen Anwendungen bietet. Die vergangenen Jahrzehnte waren Zeugen seiner rasanten Entwicklung und umfassenden Anwendbarkeit von der wissenschaftlichen Forschung bis zur industriellen Fertigung.

Um den Anforderungen verschiedener technischer Anwendungen gerecht zu werden, führten die Forscher einige Studien mit dem Hauptzweck der Entwicklung hochleistungsfähiger Raman-verteilter optischer Fasersensoren durch und untersuchten verschiedene neue Theorien und Lösungen zur Verbesserung der Systemleistung. Dieses Kapitel stellt die Leistungsoptimierung der Sensorsysteme unter Berücksichtigung von vier Aspekten vor und fasst sie zusammen: Temperaturmessgenauigkeit, Erfassungsabstand, räumliche Auflösung und Multiparameter-Überwachung. Die obige Abbildung zeigt die Demodulationsschemata zur Leistungsverbesserung der verteilten optischen Fasererfassung. Seine Untersysteme bestehen hauptsächlich aus dem Demodulations- und Erfassungssystem und dem optischen Quellensystem. Die Verbindungslinien stellen die theoretische oder technische Verbesserung des Schemas dar, das auf den oben genannten Schlüsselkomponenten basiert.

Die Genauigkeit der Temperaturmessung ist der Schlüsselmessindex des Systems, der die Abweichung der gemessenen Temperatur vom tatsächlichen Temperaturwert angibt. Sie kann durch die Standardabweichung oder Unsicherheit der gemessenen Temperatur bestimmt werden. Zu den Hauptfaktoren, die die Temperaturmessgenauigkeit des Systems beeinflussen, gehören: (1) die optische Dämpfungsdifferenz zwischen den Raman-Stokes-Anti-Stokes-Signalen, (2) die Begrenzung des SNR, (3) die Demodulationsabweichung der Raman-Übertragungsgleichung, und (4) das Prinzip der optischen Zeitbereichsreflexion, das bewirkt, dass das Temperatursignal in der räumlichen Skala der Impulsbreite zu einem Punkt komprimiert wird. Das an dieser Stelle erfasste Temperatursignal ist kleiner als die tatsächliche Temperatur. In diesem Fall schlugen und demonstrierten die Forscher eine Vielzahl fortschrittlicher Temperaturdemodulationsprogramme vor, um die Temperaturgenauigkeit zu verbessern.

Die räumliche Auflösung und der Erfassungsabstand sind auch die Schlüsselindikatoren für die effektive Empfindlichkeit von Raman-verteilten optischen Fasererfassungssystemen. Die räumliche Auflösung ist definiert als der minimale Abstand, den das faseroptische Sensorsystem zwischen zwei benachbarten Punkten unterscheiden kann. Ein Engpass besteht darin, den Erfassungsabstand mit der räumlichen Auflösung in Einklang zu bringen. Das Reduzieren der Impulsbreite kann die räumliche Auflösung des Systems optimieren, aber es verschlechtert den Erfassungsabstand des Systems. Um die Reichweite und räumliche Auflösung des Systems zu optimieren, haben Forscher viele fortschrittliche Lösungen vorgeschlagen.

Gegenwärtig besteht auf dem Gebiet der modernen industriellen Überwachung eine starke Nachfrage nach kollaborativer Erkennung mit zwei Parametern oder sogar mit mehreren Parametern. Unglücklicherweise ist die herkömmliche Raman-verteilte optische Fasererfassung eine Einzelparameter-Detektionstechnologie, die auf Raman-Streuung basiert und diese Anforderungen nicht erfüllen kann. In diesem Fall wird die Entwicklung eines Zweiparameter-Erfassungsschemas basierend auf einer einzelnen optischen Faser zu einem wichtigen technischen Problem für die Raman-verteilte optische Fasererfassung. Um die oben erwähnten Probleme zu lösen, haben Forscher eine Vielzahl fortschrittlicher Lösungen vorgeschlagen.

Die Studie wurde veröffentlicht in Licht: Wissenschaft & Anwendungen