光纤变身 从信号传输的“血管”到监测的“神经”
你曾想过,一根普通的光纤能做什么吗?走进中国地震局的花坛,蹲下身,你会看到土被翻动过的痕迹。在南门附近,仔细寻找,一圈裸露的光纤映入眼帘。
这种廉价的入户光纤,在地震局内新铺了600多米。环形光纤接入中国科技大学和地震局团队自主研发的DAS(分布式光纤声波/振动传感)和DTS(分布式光纤温度监测)系统,相当于部署了1600个振动和温度传感器,开展实时监测。
10月22日,分布式光纤传感技术应用展示会在北京召开。光纤不再只是信号传输的“血管”,更化身为监测环境的“神经”。
将40千米光缆变为数万地震传感器
近年来,光纤不仅用于通信,还作为传感器测量应力、温度等物理量。但核心技术——光信号调制解调长期依赖进口,国外设备价格高且受限。
2021年,中国科学技术大学研发出自主知识产权的DAS系统,利用现有光缆进行地震监测和地下探测。其原理基于光时域反射技术:瑞利散射对光纤变化极其敏感,通过解析散射光,可捕捉外界振动。
中国科学技术大学地球和空间科学学院教授王宝善指出,设备三大关键点是专用激光光源、高灵敏探测和高保真解调系统。DAS能将40千米光缆变为数万传感器。“光纤灵敏度媲美传统地震仪,但超高密度观测能力更强。”2021年6月,DAS在合肥紫蓬山部署,成功监测到宣城2.7级地震、菲律宾6.6级地震。地震局内光纤记录到赤峰4.7级地震数据,与传统仪器一致。
王宝善表示,这为城市地震密集观测提供了新思路,成为现有系统的有力补充。
连续性测温,突破传统局限
利用拉曼散射——光散射后频率变化,可精准捕捉温度波动。拉曼散射携带分子温度信息,解析后即可测温。
响应科技部冬奥攻坚“动员令”,研究团队攻关激光光源和核心算法,研发出全国产DTS系统,具有完全知识产权。
温度对冰雪运动至关重要。“动态温度数据是赛事科技支撑的核心。”中国科学院院士陈颙强调。传统单点测温无法全面反映时空变化,DTS在赛道旁埋设光纤,可每米监测温度,精度达0.1℃。
中国科学技术大学教授陈旸介绍,分布式光纤传感系统能监测温度、应变和振动,覆盖传统手段难以触及的区域,及时发现设施隐患。它广泛应用于输电网络、石油化工、深海探测等领域。
陈颙透露,下一步将推动光纤传感软硬件产业化,建设监测网络,拓展应用场景。(记者 张盖伦)
来源: 科技日报
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