科学大讲堂
3月5日,上海交通大学讲席教授何祖源应邀做客理学院第184期科学大讲堂,为我校师生带来题为“光纤分布式声波传感技术进展与应用”的报告。讲座由地球与空间科学系副教授孟浩然主持。
讲座现场
何祖源首先简要介绍了光纤分布式声波传感器(DAS: Distributed Acoustic Sensor)的监测原理和应用场景,指出在长距离监测的情况下,传统节点式地震仪存在成本较高的问题,而DAS可以在保证低成本的前提下高保真地恢复振动波形。DAS基于光纤中背向瑞丽散射(RBS)光反射技术,将动态应变信息转化为光信号,可以感知不同位置的震动;进一步通过光反射计技术,可以对震动事件进行定位。为了解除传感距离与空间分辨率相互制约的问题,其研究团队发明了基于啁啾探测脉冲和匹配滤波的脉冲压缩光反射仪技术(TGD-OFDR),大幅提高DAS信噪比,实现光纤上每一位置的精确定位;不仅如此,为了解决减弱由于光的偏振和相干衰落导致的盲区和误报,团队发明了旋转矢量合成算法(RVS),可用于消除衰落噪声。
讲座期间,他还介绍了基于各项专利创新结晶、适用于不同性能要求的ix-DAS系列探测仪,包括高性能地球物理探测、次高性能结构健康监测、中等性能安防监测,产品线从高端型到普及型覆盖全面。何祖源用一段DAS所记录的音频歌曲,生动形象地展示了DAS高质量的记录效果;通过媒体对于洞庭湖堤坝检漏查险的报道,展示了DAS从通用的声学仪器,到各行各业的专业应用与发展。
何祖源做客理学院科学大讲堂
最后,何祖源从物理的第一性原理出发,总结了DAS相关技术发展历程,进一步对未来DAS技术与集成芯片、大模型融合、从通用技术到专业应用的转变提出了展望。
在互动环节中,在场师生就新型散射增强光纤优缺点、DAS观测的分辨率选择、DAS多分量观测、大批量数据存储与压缩等问题踊跃提问,何祖源进行了详细解答,并与提问师生进行了热烈讨论。
散射增强光纤的优缺点是什么?为什么没有大规模应用?
散射增强技术相对于普通光纤灵敏度更高、可以降低噪声基底,在短距离长度范围内可以有应用优势。但是,利用散射增强的技术的光纤成本较贵,而普通光纤的成本低至前者的两千分之一;而且,利用DAS技术只需要外接发射机,就可以利用城市管廊中的富余光纤进行数据采集。
关于地球物理探测、结构健康监测等,DAS最高可以达到多少空间分辨率?如何选择最佳空间分辨率?
仪器的空间分辨率可以自由设置,产品端目前做到了100km情况下1m的空间分辨率。但是,空间分辨率会受到不同位置(距离)声压、应变分辨率、频率响应的影响,进而发生一定程度的变化。对于分辨率的确定,需要在既定的布设环境下先做稳定测试,根据应变分辨率逐渐降低空间分辨率,找到测量环境与仪器的极限。
供稿:郑涪化、袁蝶
来源:南方科技大学理学院