介绍
如今，我们社会对安全的民用基础设施和工业的需求急剧增加。 需要对桥梁和高层建筑等民用基础设施进行结构健康监测，以提供基于应力完整性评估的灾害预防，避免不必要的维修成本，并减轻经济负担。 这些要求使结构健康监测成为工业企业的关键要素。 因此，需要一种能够实时测量几米到几十公里范围内的分布式温度和应变的技术。
在本节中，我们将讨论我们方案的不同参数，例如空间分辨率、动态范围和感应距离。
空间分辨率
我们的传感技术的空间分辨率是泵浦和探测脉冲与发生相互作用的光纤的重叠距离。 显然，空间分辨率可以通过使用短脉冲来提高。 然而，更短的探测脉冲意味着更宽的光谱宽度，探测脉冲将由于有限的 SBS 增益带宽而失真。 在固有 SBS 增益带宽 (~30MHz) 下，可延迟的最短脉冲宽度约为 33ns。 脉冲失真影响了我们方案的准确性，因此限制了空间分辨率的进一步提高。 因此，为了进一步提高空间分辨率，必须找到一种方法来加宽 SBS 增益带宽。 如果使用加宽的 BGS，则可以放大 GHz 信号，从而提高空间分辨率。 最近，报道了 GHz 信号的延迟 [1]、[2]，这表明 SBS 增益谱的展宽是可能的，并为提高我们的传感方案的空间分辨率提供了可能性。
动态范围
动态范围，即应变值的可测量范围，受布里渊增益谱线宽限制，仿真结果显示最大应变传感值为~300，当施加的应变超过300时，延迟时间变为负值 ，由于快光超出了这个应变值。 为了进一步扩大动态范围，可以使用 SBS 增益频谱展宽技术来实现更宽的增益频谱，从而获得更大的动态范围。 然而，平顶加宽的 BGS 会降低应变灵敏度。
最大感应距离
最大感应距离受光纤衰减的限制。 对于长距离，应考虑衰减，因为它会影响泵浦功率水平，从而影响探测脉冲延迟。 给定应变分辨率 r 的最大容限衰减 a 由下式给出，其中 s 是应变灵敏度，它通过探头延迟时间与应变关系图的斜率的一侧计算得出。 如果长距离光纤衰减超过最大容许衰减a，则测量的应变分辨率必须大于r值，即应变分辨率较差。
未来的工作
简化设置
我们方案的配置需要三个复杂且昂贵的电光调制器。 未来应该开展简化实验设置的工作，以实现具有成本效益的商业系统。
提高感应距离
沿长光纤保持稳定的布里渊增益是提高我们提出的基于 SBS 慢光传感方案的传感距离的关键。 泵耗尽使其难以实现。 在长光纤（数十公里）上执行测量时，光纤衰减会降低泵浦功率，因此探测脉冲会延迟。 此外，泵浦脉冲在沿着光纤传播时将能量传递给探测脉冲，因此其能量在一定程度上被耗尽，这取决于整个增益分布以及光纤。 众所周知，这种非局部效应会导致布里渊增益谱 (BGS) 失真，尤其是在具有几乎均匀布里渊频移分布的常见光纤情况下。 这种失真会影响探测脉冲延迟，从而影响布里渊频移估计的准确性。
有几种解决方案可以克服这种所谓的泵耗尽问题。 一种是使用双边带 (DSB) 探头 [3]。 当探头的调制频率接近 FUT 的布里渊频率时，探头上边带通过 SBS 相互作用将其能量传递给泵浦脉冲，同时探头下边带被泵浦脉冲放大。 这样，泵浦脉冲的功率在通过传感光纤传播时，可以得到探头上边带的连续补偿，可以有效降低非局域效应，使布里渊增益随光纤保持稳定，从而提高布里渊增益的信噪比。 信号。 还提出了基于通过分布式拉曼放大恢复泵浦能量的技术 [4]。 该方法旨在抵消光纤衰减对长光纤 SNR 退化的影响。 它的缺点是需要高拉曼功率和比标准 BOTDA 系统更复杂的询问系统。 因此，仔细优化对于充分利用拉曼放大优势并同时最大限度地减少来自多个噪声源的潜在损失非常重要。
提高信噪比
随着 SNR 的提高，人们可以通过减少平均来提高测量精度，这意味着传感器速度的提高。 提高 SNR 的方法包括增加脉冲的消光比 (ER)，因为残余直流基极或泄漏泵浦脉冲会使测得的布里渊光谱失真。 另一种更简单、更便宜的方法是 RF 脉冲整形技术，它在 RF 域中对泵浦脉冲进行整形以获得高 ER 脉冲 [5]。
结论
除了相移之外，通过测量探测脉冲延迟时间，可以实现使用基于 SBS 的慢光的分布式应变传感方案。 该传感器的优点是布里渊相移独立于布里渊峰值增益。 因此，克服了先前基于基于 SBS 的慢光传感方案的根本缺点。 我们认为我们的新方案可以为实时监测温度或应变分布提供强大的工具，具有高重复率和对振幅波动的免疫力等几个优势。 讨论了不同的参数，并说明了进一步改进我们的传感方案的方法。 此外，还研究了测量灵敏度、空间分辨率和动态频率响应。 此外，研究了该方法将面临的问题。
参考
[1] GONZßLEZ HERRßEZ，米格尔； 宋光勇; THÚ VENAZ, Luc. 光纤中的任意带宽布里渊慢光。 光学快报, 2006, 14.4: 1395–1400.
[2] 朱兆明，等． 光纤中的宽带 SBS 慢光。 Lightwave Technology, Journal of, 2007, 25.1: 201–206.
[3] 贝尔尼尼，罗密欧； 米纳尔多，奥尔多； 泽尼，路易吉。 使用不平衡双边带探头的远程分布式布里渊光纤传感器。 光学快报, 2011, 19.24: 23845–23856.
[4] RODRÍGUEZ-BARRIOS、Félix 等。 一阶拉曼放大辅助的分布式布里渊光纤传感器。 光波技术, 期刊, 2010, 28.15: 2162–2172.
[5] ZORNOZA、Ander 等人。 使用泵浦脉冲的 RF 整形的布里渊分布式传感器。 测量科学与技术, 2010, 21.9: 094021.