图3 uDAS地震仪架构示意图及实物图。【图片由中油奥博(成都)科技有限公司提供】
2014年是 Φ-OTDR/DAS 技术的发展爆发期；2019年uDAS光纤分布式地震仪通过了中国石油集团组织的成果鉴定，整体达到国际领先水平，在数十个油田获得规模化应用，所得成果入选中国石油“2019年十大科技进展”。总体来看，目前Ф-OTDR/DAS技术正处于快速发展时期，有望在未来5年内达到巅峰，成为新一代的分布式声波（振动）传感技术，具有不可替代性。然而，目前该技术仍存在以下问题：
●灵敏度仍有待提升；
●目前仅能感知外界扰动，无法判断其方向，实现三分量声波分布式传感是一个难点；
●传感距离仍有待增加，实现低噪声的分布式光放大以提升信噪比、增加传感距离极具挑战；
●频响范围较小，将百米级距离频响范围拓展至超声波段以实现无损探伤极具挑战；
●检测识别精度有待提升，改进复杂环境噪声下弱信号的高精度检测识别AI算法是一个难点。
7、OFDR光纤传感技术
光反射探测技术是分布式光听器的基础，OFDR技术相对于OTDR技术在空间分辨率与动态范围方面具有明显的优势，是亚毫米到分米级分辨率的分布式传感系统的主要实现方案，不仅适用于中短距光纤网络和光器件的状态监测，而且该技术结合光纤光栅光谱或瑞利后向散射信号的分析，可实现温度、应变、振动、形状等外界物理参量的检测。此外，OFDR技术是高性能的激光雷达和光学相干层析(OCT)等技术的重要实现方法。
OFDR技术的发展包括硬件和信号处理两个主要方向。硬件系统方面，主要朝着扫频光源技术方向发展；信号处理方面，主要利用后处理方法补偿扫频激光的相位噪声，以及通过分析后向瑞利散射特征实现分布式检测。
OFDR技术经过几十年的发展，其基本原理已经得到了深入研究，并出现了一些商业产品。目前限制该技术推广的主要瓶颈在于扫频光源较难实现且信号技术处理较难优化。
●高性能OFDR技术需要大扫频范围与低相位噪声的光源，目前只有机械调谐外腔二极管激光器才能同时实现100 nm级的扫频范围与100 kHz级瞬时线宽，而这种激光器的成本难以降低，使用寿命难以延长；
●基于稳频激光和外调制方式的扫频光源的波长调谐范围比较小，高阶边带调制、非线性效应扩频等技术实现复杂，且调制范围仍然很难超过几个纳米水平；
●基于电流直接调制的半导体激光器能够以低成本实现数GHz至数十GHz的调谐范围，但相位噪声与扫频非线性特性较差，需要研究其改进方案；
●实时相位噪声补偿算法及信号分析均需要大量的数据运算，算法的优化及专用处理电路的开发还需要加强。
二、若干典型领域中的光纤传感技术应用情况
1、光纤气体传感技术
航天、航海、能源、食品卫生、环境保护、医学等领域的发展，对气体探测的能力提出了愈来愈高的要求。目前常用的气体检测技术包括气相色谱/质谱分析，电化学、光离子化探测等，在测量精度、动态范围、气体种类、成本、体积、在线或远程测量等方面难以满足日益增长的需求。
传统的光谱学气体传感器由分立的光学元件构成，使用空间气室作为传感单元，其体积较大，对准比较困难。激光光谱技术具有选择性好、无需标记等优点。尤其是，微纳结构光纤柔性好，可实现光与气体在光纤中的长距离相互作用并保持紧凑的气室结构。微纳结构光纤对光场的束缚强、模场尺寸小、能量密度高、和样品重叠度高，可增强光与气体的非线性作用，提高检测灵敏度。
使用微纳光纤自身作为气室传感单元，简化了光路之间的对准和链接，有助于推动光谱学测量技术向实用化方向发展，便于实现远程探测。利用微纳光纤本身的光学模式、声学模式及热传导等特性，可以实现新型高灵敏的气体传感器。传感光纤可以是空芯光子带隙光纤、空芯反谐振光纤或微纳芯光纤。根据测量需要，工作波长可选择紫外、可见光或红外波段。
首次应用微纳结构光纤进行气体测量的报道可以追溯到2001年。最早研究中用的是实芯微结构光纤，之后是空芯光纤。二十年来，研究人员在光纤气室的设计和制作、响应速度的提高、新型检测方法、噪声抑制、灵敏度的提高、动态范围的增大、系统稳定性的提高及实用化方面取得了令人瞩目的进展，如表1。
表1 微纳结构光纤气体传感技术发展简表
目前在实验室条件下，微纳结构光纤气体传感器已经实现了对多种气体(如甲烷、乙烷、乙炔、氨气、一氧化碳、二氧化碳等)的测量，灵敏度已达到10-6至 10-12量级。面向不同领域的实际应用，仍需解决如下主要问题:
●探头技术。优化微纳结构光纤的模式和偏振特性以提升气室的光学稳定性，采用合适的防水、防污、防震封装以适应不同的应用环境。
