光纤传感小知识1：光纤传感分类与选择

什么是光纤传感？

光纤传感是以光纤为感知单元及传输介质、光脉冲信号为载体的传感技术，凭借光的传输与调制特性，将温度、应变、压力、振动等外界参量的变化，转化为光的强度、波长、相位、偏振态等光学参数改变，再通过光电解调设备解析信号，从而实现精准检测。

其相较于传统电类传感器，光纤传感优势十分突出：

光纤体积小、重量轻、本质绝缘、抗电磁干扰，在强电场、强磁场、易燃易爆等复杂环境中稳定性好；

信号传输损耗低，可实现长距离、分布式、大面积组网监测；

耐腐蚀、耐高低温、使用寿命长，无源防爆、安全性高。

因此，所有使用光纤作为传感器并且传输光信号的传感技术，都称为“光纤传感技术”。

光纤传感分类

市面上通常将光纤传感技术按传感范围进行分类：点式、准分布式以及分布式。

点式光纤传感：主流点式光纤传感技术强反射光纤光栅(FBG)传感技术：通过在普通光纤中刻蚀周期性光栅，利用光栅对特定波长光的反射特性，将外界参量变化转变为反射光波长改变，精度高，稳定性好。

                光子晶体光纤传感器

此外，点式光纤传感还有依托光子晶体微结构光纤的特殊光学性能，对气体、液体、折射率、温变敏感度极强的光子晶体光纤(PCF)传感技术，多用于生物化学传感场景(如水质铜离子检测)；依托光纤端面反射率的光纤探针技术，用于医疗和物质探测(如持气率、含水率测量)。

准分布式光纤传感：将多个点式传感器串联组网，可以将不同波长反射的FBG传感器串联实现少量多点测量，或者降低单个光纤光栅的光反射率(正常FBG传感器中心波长反射率达)，形成弱反光栅阵列(WFBG中单个光栅反射率低于0.01%)进行大量离散点的准确测量。

            分布式光纤传感监测设备

分布式光纤传感：整根光纤全程充当传感器，无独立传感单元，可连续获取沿线任意位置数据，长距离监测能力突出。其利用光在光纤中的3种散射光进行参量感知：通过测量瑞利散射光相位变化反应振动参量的分布式声波传感(DAS，亦称Φ-OTDR或Phi-OTDR)；通过测量布里渊散射光频率移动反应温度和应变参量的BOTDR与BOTDA；通过测量拉曼散射光强度变化反应温度参量的分布式温度传感(DTS，亦称ROTDR)

光纤传感的选择

在桥梁、隧道、管廊、电力、油气、储能、周界安防等场景里，很多人都会有一种疑问：那么多光纤传感技术，到底谁更先进？但这个疑问往往是没有答案的，因为不同的光纤传感技术之间没有哪种是“更高级”的，对于实际工程应用来说，只有两个字“适配”，而在选择所适配的光纤传感技术之前，首先得明确两点：需要测什么环境参量？需求什么类型的数据？

如果想测的是固定位置物质含量、浓度，需求就是原位分析问题，适配的就是光子晶体光纤传感；如果想测的是某几个关键点的温度或应变数值，那需求的就是有限点测问题，适配的就是FBG技术；如果想测的是几公里、几十公里范围内成千上万个离散位置的数值，那需求的就是大规模多点监测问题，适配的就是弱反光栅阵列技术；如果想测的是整条光纤沿线温度或应变怎么变化，那需求的就是连续温度场、应变场，适配的就是DTS或BOTDR、BOTDA；如果想测的是外界环境诱发振动，那需求的就是振动事件感知，适配的就是DAS。

简单来说就是：

FBG的优势——把关键点测准：核心就在于两个字，稳：长期测量一致性好；准：关键点测量准确度、精密度高。

弱光栅阵列并不只是“很多FBG串起来”，它填补的是点式与分布式的中间空白，更关注的是将精确测量能力带入长距离、大规模点位测量，测的多，测得快，测得准。

分布式光纤传感的优势在于：光纤沿线连续扫描，长时间长距离的趋势监察。它强在连续场监测，而非海量高精度点值；能监测出哪里最先发生异常变化，变化趋势如何。

在很多工程项目中，设备检测或监测手段没有达成应有的目的，并非是设备不够好，而是以“分布式监测方案”解决“关键点测量”问题，抑或是使用“少量点测量方案”完成“分布式检测”目标。

用最短的话来说：要测少量关键点的高精度温度/应变：选FBG；要在长距离上测大量离散点的精准数值：选弱光栅阵列；要看整条线路哪里发热/变形、温度/应变场如何分布：选DTS、BOTDR/BOTDA；要看整条光纤哪里有振动、哪里发生事件：选DAS。