光纖傳感器在管道監測中的應用
光纖傳感原理
當光在光纖中傳輸時，光脈沖和光纖分子發生相互作用而散射，散射光由瑞利散射、布里淵散射、拉曼散射3部分組成。其中，瑞利散射光的頻率不發生改變，布里淵散射光和拉曼散射光的頻率發生改變。這3種散射光分別對振動、應變、溫度敏感，可以實現對光纖沿線多參數的實時監測。
瑞利散射
瑞利散射是光在傳播過程中與光纖介質中的微觀粒子發生彈性碰撞引起的彈性散射，一般用來監測光纖的損耗。如果窄線寬激光器產生的入射光的相干長度足夠長，入射脈沖光可以與各個位置返回的后向瑞利散射光發生干涉。當管道沿線有振動發生時，由于彈光效應使該處光纖的折射率發生變化，后向散射光的相位發生變化，干涉條紋也隨之改變。系統采集振動事件前后的干涉信號相減，就可以得到包含振動事件的特征和位置信息。
布里淵散射
光纖中傳播的光波與聲波相互作用，其中后向散射光相對入射光發生頻率偏移，布里淵散射光的頻率偏移量與光纖軸向的應變和溫度呈線性關系，通過測量布里淵散射光頻率的偏移量就可以實現對光纖軸向應變的測量。
布里淵散射光對溫度和應變同時敏感，試驗測得的溫度系數CT約為應變系數 C? 的20倍，布里淵散射對應變更敏感，而且溫度變化是慢速變化，應變是快速變化，因此，工程應用中主要利用布里淵散射測量應變。
拉曼散射
入射脈沖光與光纖分子發生非彈性碰撞，并進行能量交換造成散射光頻率改變。其中，頻率降低的散射光為斯托克斯光，升高的為反斯托克斯光，這就是拉曼散射。反斯托克斯的強度與溫度相關，斯托克斯光的強度不隨溫度改變。基于拉曼散射的分布式光纖測溫系統的溫度需要一段溫度確定、光纖參數一致的定標光纖進行定標，直接測量獲得的只是光纖沿線的溫度趨勢，只有進行溫度定標后的溫度才是真實的環境溫度。
光纖溫度感知
光纜埋設于管道周圍，其溫度同時受地溫和管道溫度影響。環境溫度一般 24 h 呈正弦函數變化，但由于土壤的保溫作用，光纜所處的土壤溫度場一般不發生明顯變化。但管道運行溫度和地溫會以年為周期呈正弦變化，通過溫度測量可以實現管道運行狀況的實時監測。
溫度變化的測量
當管道沿線光纜偏離管道或局部土壤熱參數變化時，管道、土壤及環境的熱平衡發生變化，則光纜的溫度會與前后管段的溫度發生顯著變化。通過分析單次測量中溫度變化的突變點可以實現對管道沿線溫降異常區域的識別，實現對熱油管道流動可靠性的精準預測。利用拉曼測溫設備對某管道10km 伴行光纜進行測溫試驗，結果表明在 4 400~4 800 m 范圍光纖溫度顯著下降，現場調查表明該處光纜埋深過淺，受地表環境溫度影響較大。