光纤从信号传输的“血管”向监测的“神经”转变

光纤从信号传输的“血管”转变为监测的“神经”。

现在走进中国地震局院内的花坛蹲下，依然可以看到被翻土的痕迹。在南门附近，仔细看，可以看到一圈光纤露出来。

这种廉价、知名的家用光纤，在地震局新铺设了600多米。600多米的环形光纤接入中国科学技术大学和中国地震局团队自主研发的DAS(分布式光纤声波/振动传感)和DTS(分布式光纤温度监测)系统，相当于布置1600个振动和温度传感器进行观测实验。

10月22日，分布式光纤传感技术展览会在北京举行。光纤不仅是传输信号的“血管”，也是监测信号的“神经”。

把40公里长的光缆变成上万个地震传感器。

近年来，光纤不仅应用于通信领域，还被用作测量应力、温度等物理量的传感器。而这项新技术的核心设备——光信号调制解调，主要依赖进口。国外设备不仅价格昂贵，而且高端产品对中国的出口也受到很多限制。

2021年，中国科学技术大学开发了具有自主知识产权的DAS系统，可利用现有通信光缆进行地震监测和地下空间探测。

其技术原理是利用光学时域反射技术进行定位。瑞利散射对光纤折射率和长度的变化极其敏感。当光纤受到扰动时，瑞利散射光的强度和相位会发生变化。因此，可以通过检测和解调瑞利散射光来获得外部振动信息。

中国科学技术大学地球与空间科学学院教授王宝山介绍，该设备的三个关键点是专用激光光源、高灵敏度探测系统和高保真解调系统。DAS设备可以将40公里长的光缆变成数万个地震传感器。“光纤具有与传统地震仪相同的灵敏度，可以感应各种振动信号；但超高密度观测使光纤具有更高的监测能力。”2021年6月，在合肥紫蓬山部署DAS设备进行连续观测，成功探测到宣城2.7级地震和菲律宾6.6级地震。在地震局铺设光纤后，DAS系统记录了10月15日内蒙古赤峰4.7级地震的波形数据，与传统短周期地震仪的观测结果吻合较好。

王宝山表示，这为城区密集/超密集地震台阵观测提供了新的解决方案，可以作为现有监测系统的补充。

连续测温，达到传统测温技术达不到的地方。

温度的变化可以被另一次光散射灵敏地捕捉到。是拉曼散射，即光波被散射后频率会发生变化。

拉曼散射源于光子与分子之间的自然振动相互作用，携带分子温度信息，其强度与温度有关。因此，通过分析光散射，我们可以测量温度。

前不久，科技部部长王志刚发布了备战冬奥会百日科技攻坚战“动员令”。中国科学院院士、地球物理学家、中国地震局科技委主任陈清告诉科技日报记者，研究团队积极响应这一“动员令”，集中力量攻关激光光源、核心算法等关键技术，研发了包括激光光源系统、信号解调、数据处理系统等模块的分布式光纤温度传感(DTS)系统，拥有完整的知识产权，所有器件均为国产。

温度对运动有很大影响

中国科学技术大学合肥国家微尺度材料科学研究中心教授杨晨介绍，分布式光纤传感系统可以监测温度、应变和振动，拓展了传统方法无法或难以监测的领域。这种监测也能及时发现大型设施的潜在故障。可用于输电网、石油化工、大型仓库、深海和深海勘探。

陈清表示，下一步，他们将推动分布式光纤传感软硬件的研发和产业化，推进分布式光纤传感监测网络建设，拓展其应用领域。