OFDR 分布式光纤传感系统解决方案

一、应用背景

随着工业基础设施轻量化与复杂化的发展，对在线、连续、高清空间分辨率的温度与应变监测需求呈指数增长。传统点测（如电阻应变片、热电偶）在覆盖范围与布设成本上存在明显劣势，难以满足长距离、大范围、细节监测的需求。光纤传感凭借布线简便、抗电磁干扰和可覆盖长距离的特点，成为结构健康监测（SHM）、油气管线泄漏及温度监测、风电叶片/复合材料测试、土木桥梁与隧道监测等场景的首选。 OFDR（Optical Frequency Domain Reflectometry，光频域反射）作为高空间分辨率的分布式传感技术，能够在厘米甚至亚厘米级的空间分辨率下，沿光纤获得连续的瑞利散射谱信息并通过频域解调转化为温度或应变分布。相比时域技术（如OTDR/φ-OTDR），OFDR 在短至中距离高精度测量上具有显著优势，特别适合局部高分辨率检测、复合材料断裂扩展监测以及精细应变分布分析

     

二、解决方案

系统架构

✅ 窄线宽/可调谐激光源：保证频域测量精度与稳定性。

✅ 光学前端（环行器/分束器）：实现参考光与探测光的分离与回收。

✅ 传感光纤：沿结构贴敷或埋设，支持长距离连续监测。

✅ 光电探测 + 高速ADC：高动态范围采集散射信号。

✅ FPGA/实时DSP：实现解调、FFT 和快速告警。

✅ 主机/上位机：数据融合、可视化与历史记录。

✅ 校准与补偿：温度补偿、系统漂移修正。

核心技术亮点

✅ 超高空间分辨率：厘米级精度，适合裂纹萌生与微缺陷检测。

✅ 高灵敏度与动态范围：实时去噪算法提升微弱信号识别。

✅ 频谱校正：保障应变/位移测量精度。

✅ 多工况兼容：温度与应变同步监测，支持联合标定。

✅ 智能告警：基于阈值与算法的早期事件定位。

✅ 模块化扩展：支持多点并行采集与系统扩容。

二、应用案例

某石油管道泄漏与应力监测

项目背景：某输油管道长约12 km，穿越复杂地形，需实现全天候在线泄漏监测与管道应力/温度分布监测。

方案要点：沿管道敷设单模光纤并在关键阀门、弯头与跨越处设置加强保护。系统采用OFDR 进行连续扫描并与温度-应变换算模型结合，实时检测局部温升与应变突变，结合机器学习模型过滤环境噪声后触发告警。

效果：实现对小体积泄漏（微量流体渗漏）早期探测，定位精度优于1 m，显著降低环境与经济损失。