[發明專利]新型光纖布里淵光時域分析器

有效

• 申請號: 200810063711.8
• 申請日: 2008-07-25
• 公開（公告）號: CN101324424A
• 公開（公告）日: 2008-12-17
• 發明（設計）人: 張在宣;張淑琴
• 申請（專利權）人: 中國計量學院
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16;G01K11/32
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司
• 代理人: 韓介梅

技術領域

本發明涉及光纖布里淵光時域分析器，屬于分布式光纖傳感器技術領域。

背景技術

在光纖布里淵光時域分析器領域，光纖布里淵光時域反射器采用光纖自發的布里淵散射，因此背向布里淵散射信號很弱，利用光纖布里淵散射光的頻移和強度比來測量應變和溫度的精度很低，測程短，空間分辨率較低。T.Horiguchi等發明了布里淵光時域分析器，在光纖的另一端加一個相干泵浦激光器，實現布里淵放大，采用相干放大的受激布里淵散射，增強了信號，改善了系統的信噪比。但是，光纖布里淵光時域分析器要求嚴格地鎖定窄帶探測激光器和窄帶泵浦激光器的頻率，在技術上很困難。

發明內容

本發明的目的是提出一種易于操作，增益高，系統信噪比強，測量精度高的新型光纖布里淵光時域分析器。

為達到上述目的，新型光纖布里淵光時域分析器是利用光纖寬帶非線性光放大效應和相干放大的布里淵散射光的應變、溫度效應和光時域分析原理制成的光纖布里淵光時域分析器，包括窄帶單頻光纖激光器，光纖分路器，脈沖調制器，兩個光纖環行器，外差接收器，數字信號處理器，光纖光柵濾波器，單模光纖和連續運行的光纖拉曼泵浦激光器，光纖分路器的輸入端與窄帶單頻光纖激光器相連，光纖分路器的一個輸出端與脈沖調制器的輸入端相連，脈沖調制器的輸出端與第一光纖環行器的輸入端相連，脈沖調制器輸出的脈沖激光通過第一光纖環行器的公共端進入光纖光柵濾波器，光纖光柵濾波器的輸出端與單模光纖的首端相連，單模光纖的末端與光纖拉曼泵浦激光器相連，第一光纖環行器的輸出端與第二光纖環行器的公共端相連，第二光纖環行器的輸入端與光纖分路器的另一個輸出端相連，由第二光纖環行器將光纖分路器輸出的本地光與單模光纖產生的相干放大并經過濾波的布里淵散射光進行混頻，混頻后的輸出進入外差接收器，外差接收器的輸出端和數字信號處理器相連，經外差接收器和數字信號處理器解調后得到在光纖中各段的應變和溫度量。

本發明中，所說的窄帶單頻光纖激光器是中心波長為1550nm，光譜帶寬為200kHz的連續運行光纖激光器。

本發明中，所說的外差接收器是頻率響應為12Ghz以上的光電探測器。

本發明中，所說的光纖光柵濾波器的中心波長為1455nm，光譜帶寬為1nm，隔離度為25dB。

本發明中，所說的單模光纖為60km單模通訊G652光纖或60km?LEAF光纖。

本發明中，所說的連續運行的光纖拉曼泵浦激光器是功率在100mw-1200mw范圍可調的主波長為1455nm連續運行的光纖拉曼激光器。

工作時，窄帶單頻光纖激光器輸出的連續激光經光纖分路器分成兩束，其中一束激光經脈沖調制器調制成脈沖光，通過光纖光柵濾波器，進入單模光纖，與單模光纖發生非線性相互作用，產生背向布里淵散射光，布里淵散射光的頻率與強度度受單模光纖各段的溫度和應變調制。由單模光纖末端光纖拉曼泵浦激光器產生的強激光泵浦，在單模光纖里產生非線性放大(具有拉曼放大和布里淵放大的雙重放大)，由此，被放大的受激布里淵散射光v₀±v_B經光纖光柵濾波器，濾除1455nm光纖拉曼泵浦激光器在單模光纖里激光泵浦后殘存的光，通過第一光纖環行器，進入第二光纖環行器與來自光纖分路器的另一束本地光v₀混頻，混頻后的輸出經外差接收器和數字信號處理器解調后得到在光纖中各段的應變和溫度量，應變和溫度變化速度和方向。利用光時域反射對單模光纖上各段的位置進行定位(光纖雷達定位)。通過數字信號處理器解調，經過應變和溫度定標，得到單模光纖各段的應力和溫度變化量，測應變精度為10?με，測溫精度±10℃，由顯示器顯示或通過通訊接口、通訊協議進行遠程網絡傳輸。

布里淵時域分析器的工作原理：

在光纖中，入射光纖的探測激光與光纖中聲波的非線性相互作用，光波通過電致伸縮產生聲波，引起光纖折射率的周期性調制(折射率光柵)，產生頻率下移的布里淵散射光，在光纖中產生的背向布里淵散射的頻移v_B為：

v_B=2nv/λ???(1)

其中n為入射光波長λ處的折射率，v為光纖中聲速，對石英光纖，在λ＝1550nm附近，?v_B約為11GHz。

在光纖中的布里淵散射光頻移V_B具有應變和溫度效應

布里淵散射光的頻移

δv_B＝C_vε+C_vTδT????(3)