????分布式光纖傳感技術(shù)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，在2023年取得了巨大的進(jìn)展和創(chuàng)新。然而，在應(yīng)用過(guò)程中也出現(xiàn)了一些畸形扭曲的情況，這與市場(chǎng)應(yīng)用環(huán)境和行業(yè)整體的氛圍有關(guān)。目前市場(chǎng)上主要有三類分布式光纖傳感應(yīng)用，分別是溫度測(cè)量、聲波振動(dòng)和溫度與應(yīng)變測(cè)量。這些應(yīng)用領(lǐng)域各有不同的適用環(huán)境，容易混淆。本文旨在從應(yīng)用與技術(shù)角度，對(duì)產(chǎn)品的分類與應(yīng)用選型進(jìn)行闡述。

????一、分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)（典型代表為具有米級(jí)定位能力的拉曼測(cè)溫DTS主機(jī)和布里淵厘米級(jí)分布式光纖測(cè)溫主機(jī)BLYFT100）

????（1）米級(jí)感溫空間分辨率的分布式拉曼光纖測(cè)溫DTS主機(jī)

????根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的不同，可以將DTS主機(jī)分為三種情況。首先是消防火災(zāi)預(yù)警類DTS主機(jī)，與傳統(tǒng)感溫電纜和火災(zāi)報(bào)警器相比較。它更轉(zhuǎn)用于火災(zāi)預(yù)警，即在發(fā)生火災(zāi)時(shí)，通過(guò)告知消防報(bào)警主機(jī)發(fā)生高溫報(bào)警的位置，不要求高精度的定位，幾米、幾十米甚至幾百米的定位精度都可接受。此外，溫度精度要求也不高，消防標(biāo)準(zhǔn)要求預(yù)警值（如60℃、70℃、85℃）的溫度精度在±10%范圍內(nèi)，即溫度相差十幾度也是可以接受的。這類產(chǎn)品的目的并不是預(yù)警，而是在火災(zāi)發(fā)生后能夠及時(shí)報(bào)警。此類產(chǎn)品對(duì)光纖長(zhǎng)度的要求不能超過(guò)10km，通常選擇4通道2.5km的配置，更易于施工。然而，消防領(lǐng)域雖然設(shè)計(jì)目標(biāo)是火災(zāi)報(bào)警，但同樣也需要預(yù)警功能，只是目前尚未得到重視，而是陷入了低性能、低質(zhì)量甚至不關(guān)注火災(zāi)事前小熱點(diǎn)預(yù)警的內(nèi)卷狀態(tài)。布里淵科技開發(fā)了一套消防專用的分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)，長(zhǎng)度為10km，最小感溫尺寸在1米以內(nèi)，溫度精度在±0.5℃以內(nèi)，報(bào)警功能完善，并與火災(zāi)報(bào)警器和繼電器等標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備無(wú)縫連接，所有性能指標(biāo)遠(yuǎn)超消防標(biāo)準(zhǔn)要求，成本低且批量生產(chǎn)，性價(jià)比非常高。

????第二種情況是對(duì)溫度精度和定位精度有較高要求的高精度分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)主機(jī)，主要應(yīng)用于電力、煤礦、石化、管道等領(lǐng)域。這些領(lǐng)域不僅僅需要火災(zāi)報(bào)警功能，更重要的是預(yù)警功能，即在火災(zāi)發(fā)生前進(jìn)行預(yù)警，實(shí)現(xiàn)"防患于未然"的效果。例如，電纜異常發(fā)熱升溫、煤礦巷道內(nèi)溫度異常升高、石油儲(chǔ)罐二次密封圈發(fā)熱等情況都需要進(jìn)行預(yù)警，并精確找到異常點(diǎn)的位置。這些場(chǎng)景對(duì)測(cè)量時(shí)間、感溫空間分辨率、測(cè)量精度和定位精度等方面有較高要求。特別是感溫空間分辨率是以上應(yīng)用的最重要核心指標(biāo)，因?yàn)樗苯記Q定了是否能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)小熱點(diǎn)。分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)的感溫空間分辨率就像圖像的像素分辨率（如180P、480P、720P、1080P、2K、4K、8K）之間的關(guān)系，是最重要的參數(shù)。如果感溫空間分辨率過(guò)低，小熱點(diǎn)在早期升溫階段將無(wú)法及時(shí)預(yù)警，只有在真正發(fā)生火災(zāi)后才會(huì)報(bào)警，這已經(jīng)為時(shí)過(guò)晚，無(wú)法實(shí)現(xiàn)"防患于未然"的預(yù)警作用。米級(jí)空間分辨率相當(dāng)于圖像的480P，能夠滿足消防火災(zāi)報(bào)警的要求。相較于消防市場(chǎng)的要求，這類產(chǎn)品具有更高的售后要求和產(chǎn)品參數(shù)指標(biāo)，并且價(jià)格相對(duì)較高。布里淵科技開發(fā)了高精度的進(jìn)階型和高階型分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)，測(cè)量長(zhǎng)度超過(guò)10km，測(cè)溫精度最高可達(dá)到±0.05℃，定位精度為±0.4m，感溫空間分辨率為±0.4m。這些產(chǎn)品能夠滿足上述要求，成本適中，批量生產(chǎn)，適應(yīng)性強(qiáng)，性價(jià)比高。在選擇時(shí)需要特別注意，不要與消防設(shè)備混淆，以免無(wú)法滿足要求，降低項(xiàng)目整體效果。

????第三種情況是專用領(lǐng)域的專業(yè)級(jí)分布式光纖測(cè)溫主機(jī)，主要應(yīng)用于地?zé)峋?、石油井、?chǔ)氣井、核電和航天等領(lǐng)域，對(duì)溫度精度和空間尺寸分辨率有比較苛刻的要求。這些領(lǐng)域?qū)囟染鹊囊筮_(dá)到±0.1℃以內(nèi)，并需要通過(guò)溫度梯度進(jìn)行數(shù)據(jù)解釋。深井的測(cè)量長(zhǎng)度要求達(dá)到10km，其他井一般在3km以內(nèi)。此外，為了測(cè)量油水等地質(zhì)分層情況，還需要較高的空間尺寸分辨率以實(shí)現(xiàn)分層解釋的能力。這類產(chǎn)品對(duì)溫度數(shù)據(jù)和空間定位的準(zhǔn)確性要求最高，價(jià)格也最高。布里淵科技針對(duì)這類應(yīng)用開發(fā)了兩種形態(tài)的專業(yè)級(jí)分布式光纖測(cè)溫主機(jī)，分別是便攜手提式專用測(cè)溫主機(jī)和2U機(jī)架式在線專用測(cè)溫主機(jī)。便攜式主機(jī)內(nèi)置12V 6000mAH鋰電池，滿足現(xiàn)場(chǎng)8小時(shí)連續(xù)供電需求，2U機(jī)架式主機(jī)需要DC9-36V單獨(dú)供電。這些專用設(shè)備具有較高的性能，空間尺寸分辨率為±0.4m，空間定位精度為±0.4m，溫度精度為±0.02℃，測(cè)量距離可達(dá)10km以上。市場(chǎng)上經(jīng)常出現(xiàn)一些客戶誤將消防設(shè)備用于測(cè)井的情況，導(dǎo)致分布式測(cè)溫主機(jī)的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到現(xiàn)場(chǎng)所需要求。這是非常尷尬的。

????（2）布里淵厘米級(jí)分布式光纖測(cè)溫主機(jī)BLYFT100

????布里淵科技結(jié)合了布里淵設(shè)備和拉曼DTS技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，采用光頻域激光編碼與NPU神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解調(diào)方案，全面提升了整體性能，滿足了各類工業(yè)需求。在相同測(cè)量時(shí)間的情況下，將測(cè)溫精度提升至±0.05℃，定位精度提升至±0.05米（5公分），空間感溫分辨率為±0.05米（5公分），具備16個(gè)測(cè)量通道，總配接光纖長(zhǎng)度可達(dá)50km，單臺(tái)設(shè)備的等效總配接光纖溫度傳感器數(shù)量可達(dá)100萬(wàn)個(gè)以上。此外，通過(guò)分型降頻，光纖長(zhǎng)度可達(dá)20km以上，最多可支持16個(gè)通道，單臺(tái)設(shè)備的總配接光纖長(zhǎng)度可達(dá)320km左右，總溫度傳感器數(shù)量約為32萬(wàn)個(gè)，空間分辨率為±1米，噪聲水平控制在±0.5℃以內(nèi)。盡管采用單模DTS技術(shù)可以測(cè)得更長(zhǎng)的距離，但目前溫度精度較低，并且?guī)资锛?jí)別的設(shè)備實(shí)用價(jià)值不高，主要停留在實(shí)驗(yàn)研究階段。布里淵科技將分布式光纖傳感技術(shù)從微觀到宏觀提升到一個(gè)新的層級(jí)，宏觀上能夠覆蓋幾十公里的距離仍然有使用價(jià)值，而微觀上能夠?qū)⒍ㄎ痪群涂臻g分辨率提升至±0.05米（5公分）。該產(chǎn)品組合方案可以滿足消防、電力、石化、煤炭、新能源等幾乎所有的應(yīng)用場(chǎng)景。通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新，將傳統(tǒng)分布式光纖測(cè)溫技術(shù)的米級(jí)480P水平直接提升至厘米級(jí)4K高清水平，未來(lái)有望發(fā)展至8K高清水平。

????二、分布式光纖聲波振動(dòng)傳感系統(tǒng)（典型代表為振動(dòng)定位型DVS主機(jī)和聲波振動(dòng)還原型相位DAS主機(jī)）

????（1）振動(dòng)定位型DVS主機(jī)

????振動(dòng)定位型DVS主機(jī)主要應(yīng)用于振動(dòng)定位預(yù)警，并主要采用強(qiáng)度解調(diào)技術(shù)。它與傳統(tǒng)的安全領(lǐng)域有一定的重疊，具有較高的性價(jià)比。主要應(yīng)用領(lǐng)域包括安防、電力防破壞、燃?xì)夤芫€防開挖等。無(wú)論在任何位置，只要有確定性的擾動(dòng)，都能進(jìn)行定位。普遍的定位精度為（±5米至±20米），在長(zhǎng)距離（30km以上）的情況下，定位精度會(huì)降低至約50-100米左右。由于數(shù)據(jù)信號(hào)量有限，后續(xù)的AI人工智能識(shí)別算法基礎(chǔ)較差（數(shù)據(jù)量不足），數(shù)據(jù)掃描率通常在1KHZ以下，主要用于定位和報(bào)警。一般可以采用線寬較寬的光源和其他低成本的器件。目前布里淵科技已經(jīng)開始使用分布式聲波振動(dòng)系統(tǒng)（DAS）替代DVS主機(jī)，因?yàn)镈AS具有與DVS高度兼容的特點(diǎn)，而且pDAS的成本越來(lái)越低，逐漸趨同于市場(chǎng)上的DVS主機(jī)。

????（2）聲波振動(dòng)還原型相位DAS主機(jī)

????相位型DAS主機(jī)，也被稱為分布式聲波振動(dòng)系統(tǒng)（DAS），主要采用相位解調(diào)技術(shù)，具有較高的穩(wěn)定性。在解調(diào)方式上略有區(qū)別，有數(shù)字式相位解調(diào)（國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多）和模擬式相位解調(diào)（國(guó)外應(yīng)用較多）等代表。其中，模擬式相位解調(diào)具有更豐富的信息量，但解調(diào)難度較大。一般的線寬在5kHz以下，信號(hào)掃描率通常在20kHz左右，聲波振動(dòng)還原頻率精度在±3Hz左右，能夠還原任何一個(gè)位置點(diǎn)的聲音和振動(dòng)情況。它為后續(xù)的AI人工智能算法提供了豐富的聲波振動(dòng)相位和幅度信息。目前布里淵科技的pDAS系列采用模擬相位解調(diào)，并同時(shí)具備相位和幅度多路解調(diào)功能，線寬約為1kHz左右，信號(hào)掃描率可達(dá)200kHz（可測(cè)量爆破聲波振動(dòng)），聲波振動(dòng)還原頻率精度在±1Hz左右，能夠還原光纖沿線任何位置點(diǎn)的聲音和振動(dòng)。隨著后續(xù)AI人工智能算法的進(jìn)一步研究，它有望發(fā)展成為與攝像頭人臉識(shí)別算法一樣成熟的聲波振動(dòng)解調(diào)算法。攝像頭相當(dāng)于人的"眼睛"，而布里淵科技的pDAS系統(tǒng)有望成為人的"耳朵"。

????三、分布式光纖應(yīng)變與溫度傳感系統(tǒng)（典型代表為布里淵分布式溫度與應(yīng)變光時(shí)域分析儀BOTDA和布里淵分布式溫度與應(yīng)變光時(shí)域反射儀BOTDR）

????（1）布里淵分布式溫度與應(yīng)變光時(shí)域分析儀BOTDA

????布里淵分布式溫度與應(yīng)變光時(shí)域分析儀（BOTDA）目前具有較高的成本和較長(zhǎng)的測(cè)量時(shí)間等特點(diǎn)。它主要適用于海纜、電力架空線、管道變形等領(lǐng)域。BOTDA能夠同時(shí)測(cè)量形變和溫度，但需要進(jìn)行針對(duì)性的解耦，因?yàn)闇囟群托巫冏兓紩?huì)表現(xiàn)為布里淵頻移。解耦的方法包括使用松緊套纜結(jié)構(gòu)，松套纜不受力只受溫度影響，而緊套纜受力同時(shí)也受溫度影響。BOTDA的主流指標(biāo)為雙端雙纜測(cè)量，測(cè)量時(shí)間為1分鐘，測(cè)量距離可達(dá)60km，溫度精度為±1℃，應(yīng)變精度為20微應(yīng)變，空間分辨率為±1米。

（2）布里淵分布式溫度與應(yīng)變光時(shí)域反射儀BOTDR

????布里淵分布式溫度與應(yīng)變光時(shí)域反射儀（BOTDR）采用自激布里淵反射原理，相對(duì)來(lái)說(shuō)，它具有較低的布里淵散射能量和較差的精度，但只需要單端測(cè)量，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用只需要一根光纜即可。BOTDR能夠同時(shí)測(cè)量形變和溫度，需要進(jìn)行針對(duì)性的解耦，因?yàn)闇囟群托巫冏兓紩?huì)表現(xiàn)為布里淵頻移。解耦的方法是使用松緊套纜結(jié)構(gòu)，松套纜不受力只受溫度影響，而緊套纜受力同時(shí)也受溫度影響。BOTDR主要應(yīng)用于建筑、橋梁、滑坡、隧道等結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。目前，許多公司包括日本、美國(guó)和英國(guó)等面臨停產(chǎn)狀態(tài)，因?yàn)槭袌?chǎng)需求有限，定制化需求較多。布里淵科技的BOTDR設(shè)備目前仍可供應(yīng)，但周期較長(zhǎng)。

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