[發明專利]光纖中分布式動態布里淵傳感

在審

• 申請號: 201280015150.9
• 申請日: 2012-01-26
• 公開（公告）號: CN103443604A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發明（設計）人: 摩舍·圖爾;亞伊爾·佩勒德
• 申請（專利權）人: 雷蒙特亞特特拉維夫大學有限公司
• 主分類號: G01L1/24
• 分類號: G01L1/24;G01M11/00;G01D5/353;G01K11/32
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 余剛;吳孟秋

技術領域

本發明涉及感測光纖中的布里淵散射，并且更具體而言，涉及一種分布式動態布里淵傳感。

背景技術

在本領域中，眾所周知的是，將受激布里淵散射（SBS）用于光纖應變和溫度分布式傳感器。一種最廣泛使用的方法為布里淵光時域分析技術（BOTDA）的典型方法，其中，泵浦脈沖與反向傳播的探測波相互作用。從局部布里淵增益譜（BGS）中推斷應變和溫度信息，通過掃描探測波的光頻來測量該布里淵增益譜。

為了在這兩個被測變量的寬動態范圍內實現高的應變/溫度分辨率，經掃描的頻率范圍必須寬（>100MHz）并且具有高粒度，引起相當慢的進程，這通常需要多次掃描以減少噪聲。因此，典型BODTA目前主要應用于平均或半平均測量中。

發明內容

在本發明的實施方式中提供了一種使用受激布里淵散射（SBS）的方法，以沿著整個布里淵非均勻光纖對動態應變進行準同步分布式測量。在沿著光纖對時間上緩慢變化的布里淵增益譜（BGS）進行典型映射以后，下面將示出如何將專門合成的并且可適應的探測波用于在局部BGS的斜面上始終起作用，允許單個泵浦脈沖沿著整個光纖進行快速應變變量取樣。沿著整個光纖長度，可同時對量級為KHz的應變振動取樣（即，使用相同的泵浦脈沖），具有不同的平均布里淵頻移。

根據本發明的一個方面，首先沿著光纖長度研究該受測光纖的平均特性。然后，平均特性用于生成可變頻率探測信號。根據所研究的平均特性，定制頻率的變化。此外，泵浦脈沖波和定制的探測波同步，從而在沿著光纖的每個指定的位置中（即，在期望的工作點內），在最適當的條件下進行受激布里淵散射。這是由于在指定位置中的平均特性和在設計執行受激布里淵散射的任何點中的探測信號的頻率之間的匹配而實現。

根據本發明的另一個方面，在動態問詢受激布里淵散射之前，未研究受測光纖的平均特性。可選地，生成具有多個均勻長度部分的周期性探測波，每個長度部分與不同的布里淵移頻相關。探測波中所使用的不同頻率部的數量及其跨度確定可測量的應變/溫度的粒度和范圍。周期性脈沖波被同步，從而在泵浦波沿著光纖傳播時，每個泵浦脈沖波遇到探測波的一個不同頻率部分。對于每個光纖段，選擇最佳擬合的探測頻率（在工作點方面），自該頻率進行對該段的測量。

在以下詳細描述中闡述了可從詳細描述中推斷出；和/或通過實踐本發明的實施方式可獲知的本發明的實施方式的這些、額外的和/或其他方面和/或優點。

附圖說明

為了更好地理解本發明的實施方式并且為了顯示可實現本發明的實施方式的方式，現在僅僅通過實例，參照附圖，在附圖中，相似的標號在通篇中表示相應的元件或部分。

附圖中：

圖1為示出根據本發明的一些實施方式的在不同的時間段在光纖內的可變探測信號和脈沖信號的示意圖；

圖2為示出根據本發明的一些實施方式的布里淵增益譜的曲線圖；

圖3為示出根據本發明的一些實施方式的在光纖內的可變探測信號和脈沖的示意圖；

圖4A和4B為示出根據本發明的一些實施方式的方法的高水平流程圖；

圖5為示出被配置為執行根據本發明的一些實施方式的方法的一個示例性實驗系統的示意性方框圖；

圖6為示出根據本發明的一些實施方式的一個方面的示意圖；

圖7為示出根據本發明的其他實施方式的在光纖內的可變探測信號和脈沖的示意圖；

圖8為示出根據本發明的一些實施方式的實驗結果的曲線圖；

圖9為示出根據本發明的一些實施方式的實驗結果的曲線圖；以及

圖10為示出根據本發明的一些實施方式的實驗結果的曲線圖。

示圖與以下詳細描述一起使實際上可體現本發明的方式對于本領域的技術人員顯而易見。

具體實施方式

在本發明的實施方式中，建議使用具有可變頻率的探測信號，該可變頻率被定制（tailor）為與受測光纖的平均特性匹配。在平均應變/溫度條件下，均勻光纖的布里淵增益譜沿著受測光纖的整個長度恒定。對于給定的泵浦頻率，然后選擇反向傳播探測光的光頻，以與30MHz寬的洛倫茲布里淵增益譜的一個-3dB點重合。可替換地，可選擇沿著斜面的任何其他點，可能但非必要地為斜面的中心。要理解的是，在以下描述中，對于-3dB點的任何引用應理解為沿著斜面的點。