1.2.2 基于光时域反射的分布式光纤传感

光时域反射（Optical Time-Domain Reflectometer，OTDR）是实现分布式光纤传感的关键技术。OTDR最初用于评价光学通信领域中光纤、光缆和耦合器的性能，是检验光纤损耗特性、光纤故障的手段。其工作机理是，脉冲激光器向被测光纤发射光脉冲，该光脉冲通过光纤时由于光纤折射率的微观不均匀性，以及光纤微观特性的变化，有一部分光会偏离原来的传播方向向空间散射，在光纤中形成后向散射光和前向散射光。其中，后向散射光向后传播至光纤的始端，经定向耦合器送至光电检测系统。由于每个向后传播的散射光对应光纤总线上的一个测量点，因此散射光的时延就反映了测量点在光纤总线上的位置。

OTDR一般用来测量光纤的长度和确定光纤的断点。当用于定位时，将传感光纤布置在被监测区域的上方沿线，如图1.3所示。当一些严重的破坏行为发生在传感光纤上时，传感光纤发生大的弯曲或断裂，后向散射光将在该处发生散射或端面反射，OTDR测得这些强度突变，就可以探测和定位施加在传感光纤上的破坏行为。然而，背向散射光的强度非常微弱，只有当传感光纤发生大的弯曲或断裂时，使用OTDR才会有比较好的效果。由于OTDR的探测灵敏度很低，在静态测量通信光纤时，为提高灵敏度通常需要进行上万次的采集和平均，而破坏行为是一个时变过程，因此不能采用平均的方法。因而，OTDR只能进行静态监测或参数变化很少的监控，系统应用范围狭窄，缺乏实用性。而对于干线安全监测系统来说，其必须获得实时的、半静态的或动态的监测信息及其发生的位置，特别是OTDR无法检测的瞬间事件。Z.Zhang等提出了一种基于谱分析的偏振OTDR系统，此系统虽然结构简单，但需要很复杂的信号处理算法 [17] 。