Test Principles and System Architecture
布里渊时域测试:BOTDA 与 BOTDR 双架构覆盖
布里渊光时域分析(BOTDA)与反射(BOTDR)技术,是分布式光纤传感的工程主流。BOTDA 采用双端泵浦-探测放大方案,BOTDR 采用单端脉冲激发被动收听方案,分别适配不同的部署与测量需求。
01 / 方案原理
什么是布里渊时域测试?
布里渊光时域测试原理是基于光纤中的布里渊散射:光与声波作用产生频移约11 GHz的散射光,该频移与温度和应力呈线性关系。通过精确测量光纤每一点的频移,即可还原全线的温度和应变分布,使光纤成为长达数十公里的连续传感器,广泛应用于电力电缆、油气管道和结构健康监测等领域。
布里渊时域测试主要分为BOTDS和BOTDR两种架构,如右图所示
02 / 方案对比
双架构优势互补
- BOTDA:双端接入,泵浦光与探测光分别注入光纤两端,通过受激布里渊放大获得高信噪比,适合长距离、高精度监测。
- BOTDR:单端接入,仅在一端发射扫频脉冲并接收自发后向散射,部署灵活,适合结构健康监测等不便双端布线的场景。
- 射频模式差异:BOTDA 射频源连续输出产生探测光;BOTDR 射频源脉冲调制输出,同时实现斩波和移频。
Key Challenges
信号源与数字化仪决定传感系统性能边界
布里渊增益谱线宽仅 30–50 MHz,散射信号微弱至 μV/pW 级,对频率分辨率、相位噪声、动态范围与内存深度提出严苛要求。
频率分辨率不足
步进需 ≤1 MHz(甚至 100 kHz),否则会“跳过”峰值,测温误差 >1 ℃。
相位噪声劣化
相位噪声降低长距离相干性,产生强度噪声,限制有效传感距离。
微弱信号捕获
布里渊散射仅为 μV/pW 级,数字化仪动态范围与分辨率决定识别能力。
动态监测响应慢
扫频需达毫秒级才能捕捉桥梁振动、列车经过等瞬态应变/温度变化。
Tesight Solution
信号生成 + 数据采集一站式匹配
德思特提供完整的信号生成与采集方案,全面覆盖上述挑战,精准匹配布里渊测试需求。
方案介绍
德思特布里渊时域传感测试解决方案
布里渊时域传感(BOTDA/BOTDR)通过在光纤沿线激发受激/自发布里渊散射并解调布里渊频移,实现长距离分布式温度、应变与振动监测,广泛服务于电力电缆、油气管道、桥梁与隧道等基础设施健康监测。然而布里渊散射信号仅 μV/pW 级、增益谱线宽仅 30–50 MHz,传感精度与可测距离的上限几乎完全取决于”发”与”收”两端。
在发射端,德思特 PLL/DDS 信号源以 40 GHz 频率覆盖、≤1 MHz 精细步进与低至毫秒级的扫频驻留,产生低相位噪声的扫频探测光驱动信号,确保布里渊增益谱峰被精确锁定、桥梁振动与列车通过等瞬态扰动不遗漏;在接收端,德思特 Spectrum 高速数字化仪以最高 5 GS/s 采样率和 16 bit 分辨率还原每个空间分辨点的微弱散射信号,配合 4 GB 板载内存与 PCIe 流式传输,一次触发即可记录超长光纤的全程数据。收发两端协同,构成高精度、长距离、快响应的完整布里渊时域测试方案。
信号生成
PLL 信号源 · 高频便携扫频调制一体
覆盖 40 GHz 频率范围,步进扫描驻留时间低至 1 ms,集成脉冲调制与扫频功能,同时适配 BOTDA 与 BOTDR 系统。
- 频率高达 40 GHz,适配不同波长光纤的布里渊频移
- 步进扫描频点驻留时间低至 1 ms,实现快速扫频
- 优秀的频率平坦度与相位噪声性能
- 优秀的频率平坦度和相位噪声
信号生成
DDS 信号源 · 单通道多音信号输出
无需频点切换,单通道可以同时产生多音信号,大幅提升扫描效率;配合外接混频器可扩展至布里渊频移频段。
- 单通道同时输出多音信号,无需逐点切换频点
- 显著提升布里渊增益谱扫描效率
- 灵活可编程,适合多频段同步激励场景
数据采集
高速数字化仪 · 捕捉 μV 级微弱散射
专为分布式光纤传感微弱信号采集优化,兼顾高采样率、高分辨率、大容量板载内存与多通道同步。
- 采样率高达 5 GS/s,带宽 1.5 GHz,空间分辨率精细
- 8/12/14/16 位分辨率可选,捕获 μV 级微弱信号
- 每通道 4 GB 板载内存,支持超长光纤测量
- FIFO 流式传输,PCIe Gen2 x8 总线速率 3.4 GB/s
- 多通道同步,通道间时钟偏差 < 1 ns
- 支持 PCIe / PXIe / LXI,提供 C/C++/Python/MATLAB/LabVIEW SDK
- 硬件触发延迟 < 50 ns,实现精准同步
Solution Value
从“能测”到“测得准、测得远、测得快”
测量精度高
≤1 MHz(可达 100 kHz)步进 + 超低相位噪声 + 16 位数字化仪,精准捕获布里渊增益谱峰值。
传感距离远
低相位噪声保障长距离散射信号清晰,4 GB 大板载内存一次触发记录超长光纤全程数据。
动态响应快
毫秒级扫频驻留+5GS/s采样率,捕捉桥梁振动、列车通过等瞬态变化。
开发集成易
PCIe/PXIe/LXI 多总线、<1 ns 多通道同步,多语言 SDK 大幅降低集成与算法验证成本。
获取布里渊传感完整方案与试用支持
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