分布式光纤传感产品分类与应用选型
分布式光纤传感技术经过几十年的发展，在2023年取得了巨大的进展和创新。然而，在应用过程中也出现了一些畸形扭曲的情况，这与市场应用环境和行业整体的氛围有关。目前市场上主要有三类分布式光纤传感应用，分别是温度测量、声波振动和温度与应变测量。这些应用领域各有不同的适用环境，容易混淆。本文旨在从应用与技术角度，对产品的分类与应用选型进行阐述。
一、分布式光纤测温系统（典型代表为具有米级定位能力的拉曼测温DTS主机和布里渊厘米级分布式光纤测温主机BLYFT100）
（1）米级感温空间分辨率的分布式拉曼光纤测温DTS主机
根据应用领域的不同，可以将DTS主机分为三种情况。首先是消防火灾预警类DTS主机，与传统感温电缆和火灾报警器相比较。它更转用于火灾预警，即在发生火灾时，通过告知消防报警主机发生高温报警的位置，不要求高精度的定位，几米、几十米甚至几百米的定位精度都可接受。此外，温度精度要求也不高，消防标准要求预警值（如60℃、70℃、85℃）的温度精度在±10%范围内，即温度相差十几度也是可以接受的。这类产品的目的并不是预警，而是在火灾发生后能够及时报警。此类产品对光纤长度的要求不能超过10km，通常选择4通道2.5km的配置，更易于施工。然而，消防领域虽然设计目标是火灾报警，但同样也需要预警功能，只是目前尚未得到重视，而是陷入了低性能、低质量甚至不关注火灾事前小热点预警的内卷状态。布里渊科技开发了一套消防专用的分布式光纤测温系统，长度为10km，最小感温尺寸在1米以内，温度精度在±0.5℃以内，报警功能完善，并与火灾报警器和继电器等标准设备无缝连接，所有性能指标远超消防标准要求，成本低且批量生产，性价比非常高。
第二种情况是对温度精度和定位精度有较高要求的高精度分布式光纤测温系统主机，主要应用于电力、煤矿、石化、管道等领域。这些领域不仅仅需要火灾报警功能，更重要的是预警功能，即在火灾发生前进行预警，实现"防患于未然"的效果。例如，电缆异常发热升温、煤矿巷道内温度异常升高、石油储罐二次密封圈发热等情况都需要进行预警，并精确找到异常点的位置。这些场景对测量时间、感温空间分辨率、测量精度和定位精度等方面有较高要求。特别是感温空间分辨率是以上应用的最重要核心指标，因为它直接决定了是否能够及时发现小热点。分布式光纤测温系统的感温空间分辨率就像图像的像素分辨率（如180P、480P、720P、1080P、2K、4K、8K）之间的关系，是最重要的参数。如果感温空间分辨率过低，小热点在早期升温阶段将无法及时预警，只有在真正发生火灾后才会报警，这已经为时过晚，无法实现"防患于未然"的预警作用。米级空间分辨率相当于图像的480P，能够满足消防火灾报警的要求。相较于消防市场的要求，这类产品具有更高的售后要求和产品参数指标，并且价格相对较高。布里渊科技开发了高精度的进阶型和高阶型分布式光纤测温系统，测量长度超过10km，测温精度最高可达到±0.05℃，定位精度为±0.4m，感温空间分辨率为±0.4m。这些产品能够满足上述要求，成本适中，批量生产，适应性强，性价比高。在选择时需要特别注意，不要与消防设备混淆，以免无法满足要求，降低项目整体效果。
第三种情况是专用领域的专业级分布式光纤测温主机，主要应用于地热井、石油井、储气井、核电和航天等领域，对温度精度和空间尺寸分辨率有比较苛刻的要求。这些领域对温度精度的要求达到±0.1℃以内，并需要通过温度梯度进行数据解释。深井的测量长度要求达到10km，其他井一般在3km以内。此外，为了测量油水等地质分层情况，还需要较高的空间尺寸分辨率以实现分层解释的能力。这类产品对温度数据和空间定位的准确性要求最高，价格也最高。布里渊科技针对这类应用开发了两种形态的专业级分布式光纤测温主机，分别是便携手提式专用测温主机和2U机架式在线专用测温主机。便携式主机内置12V 6000mAH锂电池，满足现场8小时连续供电需求，2U机架式主机需要DC9-36V单独供电。这些专用设备具有较高的性能，空间尺寸分辨率为±0.4m，空间定位精度为±0.4m，温度精度为±0.02℃，测量距离可达10km以上。市场上经常出现一些客户误将消防设备用于测井的情况，导致分布式测温主机的性能远远达不到现场所需要求。这是非常尴尬的。
（2）布里渊厘米级分布式光纤测温主机BLYFT100
布里渊科技结合了布里渊设备和拉曼DTS技术的优点，采用光频域激光编码与NPU神经网络解调方案，全面提升了整体性能，满足了各类工业需求。在相同测量时间的情况下，将测温精度提升至±0.05℃，定位精度提升至±0.05米（5公分），空间感温分辨率为±0.05米（5公分），具备16个测量通道，总配接光纤长度可达50km，单台设备的等效总配接光纤温度传感器数量可达100万个以上。此外，通过分型降频，光纤长度可达20km以上，最多可支持16个通道，单台设备的总配接光纤长度可达320km左右，总温度传感器数量约为32万个，空间分辨率为±1米，噪声水平控制在±0.5℃以内。尽管采用单模DTS技术可以测得更长的距离，但目前温度精度较低，并且几十公里级别的设备实用价值不高，主要停留在实验研究阶段。布里渊科技将分布式光纤传感技术从微观到宏观提升到一个新的层级，宏观上能够覆盖几十公里的距离仍然有使用价值，而微观上能够将定位精度和空间分辨率提升至±0.05米（5公分）。该产品组合方案可以满足消防、电力、石化、煤炭、新能源等几乎所有的应用场景。通过技术创新，将传统分布式光纤测温技术的米级480P水平直接提升至厘米级4K高清水平，未来有望发展至8K高清水平。
二、分布式光纤声波振动传感系统（典型代表为振动定位型DVS主机和声波振动还原型相位DAS主机）
（1）振动定位型DVS主机
振动定位型DVS主机主要应用于振动定位预警，并主要采用强度解调技术。它与传统的安全领域有一定的重叠，具有较高的性价比。主要应用领域包括安防、电力防破坏、燃气管线防开挖等。无论在任何位置，只要有确定性的扰动，都能进行定位。普遍的定位精度为（±5米至±20米），在长距离（30km以上）的情况下，定位精度会降低至约50-100米左右。由于数据信号量有限，后续的AI人工智能识别算法基础较差（数据量不足），数据扫描率通常在1KHZ以下，主要用于定位和报警。一般可以采用线宽较宽的光源和其他低成本的器件。目前布里渊科技已经开始使用分布式声波振动系统（DAS）替代DVS主机，因为DAS具有与DVS高度兼容的特点，而且pDAS的成本越来越低，逐渐趋同于市场上的DVS主机。
（2）声波振动还原型相位DAS主机
相位型DAS主机，也被称为分布式声波振动系统（DAS），主要采用相位解调技术，具有较高的稳定性。在解调方式上略有区别，有数字式相位解调（国内应用较多）和模拟式相位解调（国外应用较多）等代表。其中，模拟式相位解调具有更丰富的信息量，但解调难度较大。一般的线宽在5kHz以下，信号扫描率通常在20kHz左右，声波振动还原频率精度在±3Hz左右，能够还原任何一个位置点的声音和振动情况。它为后续的AI人工智能算法提供了丰富的声波振动相位和幅度信息。目前布里渊科技的pDAS系列采用模拟相位解调，并同时具备相位和幅度多路解调功能，线宽约为1kHz左右，信号扫描率可达200kHz（可测量爆破声波振动），声波振动还原频率精度在±1Hz左右，能够还原光纤沿线任何位置点的声音和振动。随着后续AI人工智能算法的进一步研究，它有望发展成为与摄像头人脸识别算法一样成熟的声波振动解调算法。摄像头相当于人的"眼睛"，而布里渊科技的pDAS系统有望成为人的"耳朵"。
三、分布式光纤应变与温度传感系统（典型代表为布里渊分布式温度与应变光时域分析仪BOTDA和布里渊分布式温度与应变光时域反射仪BOTDR）
（1）布里渊分布式温度与应变光时域分析仪BOTDA
布里渊分布式温度与应变光时域分析仪（BOTDA）目前具有较高的成本和较长的测量时间等特点。它主要适用于海缆、电力架空线、管道变形等领域。BOTDA能够同时测量形变和温度，但需要进行针对性的解耦，因为温度和形变变化都会表现为布里渊频移。解耦的方法包括使用松紧套缆结构，松套缆不受力只受温度影响，而紧套缆受力同时也受温度影响。BOTDA的主流指标为双端双缆测量，测量时间为1分钟，测量距离可达60km，温度精度为±1℃，应变精度为20微应变，空间分辨率为±1米。
（2）布里渊分布式温度与应变光时域反射仪BOTDR
布里渊分布式温度与应变光时域反射仪（BOTDR）采用自激布里渊反射原理，相对来说，它具有较低的布里渊散射能量和较差的精度，但只需要单端测量，现场应用只需要一根光缆即可。BOTDR能够同时测量形变和温度，需要进行针对性的解耦，因为温度和形变变化都会表现为布里渊频移。解耦的方法是使用松紧套缆结构，松套缆不受力只受温度影响，而紧套缆受力同时也受温度影响。BOTDR主要应用于建筑、桥梁、滑坡、隧道等结构健康监测领域。目前，许多公司包括日本、美国和英国等面临停产状态，因为市场需求有限，定制化需求较多。布里渊科技的BOTDR设备目前仍可供应，但周期较长。
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