科技与历史的碰撞：“分布式光纤传感技术”提升文物挖掘保护水平

光纤是光导纤维的简写，是一种由玻璃或塑料制成的纤维，可作为光传导工具。传输原理是“光的全反射”。微细的光纤封装在塑料护套中，使得它能够弯曲而不至于断裂。通常，光纤的一端的发射装置使用发光二极管或一束激光将光脉冲传送至光纤，光纤的另一端的接收装置使用光敏元件检测脉冲。光缆分为：缆皮、芳纶丝、缓冲层和光纤。光纤和同轴电缆相似，只是没有网状屏蔽层。中心是光传播的玻璃芯。

近期，南京大学光通信工程研究中心主任张旭苹教授赴敦煌研究院进行学术交流。交流会上，张旭苹教授作了“分布式光纤传感技术在文物保护中的应用”的学术报告，并跟在场的专家就分布式光纤传感原理及其技术对古建变形、开裂、温度(火灾)、入侵重点保护区域等全天侯全区域实时在线监测进行了探讨交流。与会专家一致认为分布式光纤传感技术在古建保护方面具有良好的应用前景。

文物保护中的安全监测是一项复杂而重要的工作，为了保存文物，采用分布式光纤传感的全过程应变监测方法。分布式光纤传感能有效地捕捉各过程的结构应变变化，分析表明文物在保护过程中的变化状态。分布式光纤传感具有极大的推广价值，能有效提高现有文物挖掘保护水平。

分布式光纤传感系统是一种利用光纤作为传感敏感元件和传输信号介质的传感系统。同时利用光纤作为传感敏感元件和传输信号介质，采用先进的OTDR技术，探测出沿着光纤不同位置的温度和应变的变化，实现真正分布式的测量。提出的基于OTDR的瑞利散射系统的分布式光纤传感器经历了基于OTDR的喇曼散射系统和基于OTDR的布里渊散射系统，测温精度和范围大幅提高。OFDR是在20世纪90年代提出的，随着喇曼散射和布里渊散射以及强散射研究的深入，OFDR与其集成日益显示出其在测量精度、测量范围和测量速度方面的优越性。

除了基于OTDR的喇曼散射型温度传感器外，其他几种分布式温度光纤传感器离工业实用化还有很长的一段距离，所以基于OTDR和OFDR的分布式温度光纤传感器仍将是研究的热点，尤其是基于OFDR的新型分布式光纤传感器将是一个重要的发展方向。

分布式光纤传感器是采用独特的分布式光纤探测技术，对沿光纤传输路径上的空间分布和随时间变化信息进行测量或监控的传感器。它将传感光纤沿场排布，可以同时获得被测场的空间分布和随时间的变化信息，对于许多工业应用有许多吸引力。

分布式光纤传感系统原理是同时利用光纤作为传感敏感元件和传输信号介质，采用先进的otdr技术和ofdr技术，探测出沿着光纤不同位置的温度和应变的变化，实现真正分布式的测量。micron optics温度测量原理是基于raman散射效应的分布式温度传感系统;应变测量原理是基于brillouin散射的分布式温度和应变传感系统，它可以同时测量温度和应变。

由于分布式光纤传感技术能够实现大范围测量场中分布信息的提取，因而它可解决目前测量领域的众多难题，而分布式光纤传感器是采用分布式光纤传感技术的装置。分布式光纤传感技术是在70年代末提出的，它是随着现在光纤工程中仍应用十分广泛的光时域反射(otdr)技术的出现而发展起来的.在这十几年里，产生了一系列分布式光纤传感机理和测量系统，并在多个领域得以逐步应用.目前，这项技术已成为光纤传感技术中最具前途的技术之一。

分布式光纤传感技术的特点。分布式光纤传感技术具有同时获取在传感光纤区域内随时间和空间变化的被测量分布信息的能力，其基本特征为：

1、分布式光纤传感系统中的传感元件仅为光纤;

2、一次测量就可以获取整个光纤区域内被测量的一维分布图，将光纤架设成光栅状，就可测定被测量的二维和三维分布情况;

3、系统的空间分辨力一般在米的量级，因而对被测量在更窄范围的变化一般只能观测其平均值;

4、系统的测量精度与空间分辨力一般存在相互制约关系;

5、检测信号一般较微弱，因而要求信号处理系统具有较高的信噪比;

6、由于在检测过程中需进行大量的信号加法平均、频率的扫描、相位的跟踪等处理，因而实现一次完整的测量需较长的时间。

分布式光纤传感技术一经出现，就得到了广泛的关注和深入的研究，并且在短短的十几年里得到了飞速的发展.依据信号的性质，该类传感技术可分为4类：

1、利用后向瑞利散射的传感技术;

2、利用喇曼效应的传感技术;

3、利用布里渊效应的传感技术;

4、利用前向传输模耦合的传感技术。

新闻来源：南京大学光通信工程研究中心

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