Physique et applications de la détection par fibre optique distribuée Raman

La détection par fibre optique distribuée Raman s’est avérée être un schéma mature et polyvalent qui présente une grande flexibilité et efficacité pour la mesure de température distribuée d’une large gamme d’applications d’ingénierie. Les dernières décennies ont été témoins de son développement rapide et de son applicabilité étendue allant de la recherche scientifique à la fabrication industrielle.

Pour répondre aux exigences de différentes applications d’ingénierie, les chercheurs ont mené des études dans le but principal de développer une détection par fibre optique distribuée Raman haute performance et ont exploré diverses nouvelles théories et solutions pour améliorer les performances du système. Ce chapitre présente et résume l’optimisation des performances des systèmes de détection en tenant compte de quatre aspects : la précision de la mesure de la température, la distance de détection, la résolution spatiale et la surveillance multiparamètres. L’illustration ci-dessus présente les schémas de démodulation pour l’amélioration des performances de la détection par fibre optique distribuée. Ses sous-systèmes se composent principalement du système de démodulation et de détection et du système de source optique. Les lignes de connexion représentent l’amélioration théorique ou technique du schéma basé sur les composants clés ci-dessus.

La précision de la mesure de la température est l’indice de détection clé du système, qui indique l’écart de la température mesurée par rapport à la valeur de température réelle. Elle peut être déterminée par l’écart type ou l’incertitude de la température mesurée. Les principaux facteurs qui affectent la précision de mesure de la température du système comprennent : (1) la différence d’atténuation optique entre les signaux Raman Stokes anti-Stokes, (2) la limitation du SNR, (3) l’écart de démodulation de l’équation de transmission Raman, et (4) le principe de la réflexion optique dans le domaine temporel provoquant la compression du signal de température dans l’échelle spatiale de la largeur d’impulsion en un point. Le signal de température détecté à ce point est inférieur à la température réelle. Dans ce cas, les chercheurs ont proposé et démontré une variété de programmes avancés de démodulation de température pour améliorer la précision de la température.

La résolution spatiale et la distance de détection sont également les indicateurs clés de la sensibilité effective des systèmes de détection à fibre optique distribuée Raman. La résolution spatiale est définie comme la distance minimale que le système de détection à fibre optique peut distinguer entre deux points adjacents. Un goulot d’étranglement réside dans l’équilibre entre la distance de détection et la résolution spatiale. La réduction de la largeur d’impulsion peut optimiser la résolution spatiale du système, mais elle détériore la distance de détection du système. Pour optimiser la distance de détection et les performances de résolution spatiale du système, les chercheurs ont proposé de nombreuses solutions avancées.

A l’heure actuelle, dans le domaine de la surveillance industrielle moderne, il existe une forte demande de détection collaborative bi-paramètre voire multi-paramètres. Malheureusement, la détection par fibre optique distribuée Raman traditionnelle est une technologie de détection à paramètre unique basée sur la diffusion Raman, qui est incapable de répondre à ces exigences. Dans ce cas, le développement d’un schéma de détection à double paramètre basé sur une seule fibre optique devient un problème technique important pour la détection par fibre optique distribuée Raman. Dans le but de résoudre les problèmes mentionnés ci-dessus, les chercheurs ont proposé une variété de solutions avancées.

La recherche a été publiée dans Lumière : science et applications