[發(fā)明專利]基于LEAF光纖的BOTDA溫度和應(yīng)變同時(shí)測(cè)量方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310015240.4
• 申請(qǐng)日: 2013-01-16
• 公開（公告）號(hào): CN103063325A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉永;袁飛;楊帆;洪向前;唐琳峰;張尚劍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01K11/32
• 分類號(hào): G01K11/32;G01B11/16
• 代理公司: 成都華典專利事務(wù)所(普通合伙) 51223
• 代理人: 徐豐;楊保剛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及光纖傳感技術(shù)，特別涉及一種基于LEAF光纖的BOTDA溫度和應(yīng)變同時(shí)測(cè)量方法。

背景技術(shù)

在分布式布里淵傳感中，有布里淵光時(shí)域反射計(jì)BOTDR和布里淵光時(shí)域反射技術(shù)BOTDA兩種。在常規(guī)的溫度和應(yīng)變傳感系統(tǒng)中，無(wú)論是BOTDR還是BOTDA均使用單模光纖作為傳感介質(zhì)，并通過(guò)分析布里淵散射增益譜，即布里淵信號(hào)的功率和布里淵頻移（泵浦光脈沖的中心頻率與布里淵散射中心頻率的差）的變化得到溫度和應(yīng)變的信息。

在分布式布里淵傳感系統(tǒng)中，不同位置的傳感信號(hào)在光路中的傳輸距離不同，信號(hào)有不同傳輸損耗，這極大影響了對(duì)布里淵散射信號(hào)功率的測(cè)量。另外光源自身功率不穩(wěn)定，信道噪聲等因素對(duì)布里淵散射信號(hào)功率的測(cè)量也造成了很大的影響。目前的布里淵分布式傳感系統(tǒng)中，絕大部分的測(cè)量誤差是由布里淵散射信號(hào)功率的測(cè)量誤差引起的。

為了提高對(duì)布里淵散射信號(hào)功率測(cè)量的精度，在測(cè)量系統(tǒng)中引入?yún)⒖脊獾姆椒ū惶岢觥Ｄ壳暗募夹g(shù)條件下，通常采用瑞利散射光信號(hào)和反向斯托克斯光信號(hào)作為參考光，從而較為有效解決了光源不穩(wěn)定和長(zhǎng)距離傳輸?shù)葐?wèn)題對(duì)信號(hào)功率的影響。但是，光功率探測(cè)器自身的噪聲以及測(cè)量精度等因素引起的測(cè)量值漲落仍然是制約溫度和應(yīng)變測(cè)量精度以及傳感系統(tǒng)分辨率和動(dòng)態(tài)范圍的主要因素。

基于此，本發(fā)明提出了基于LEAF光纖布里淵增益譜具有多個(gè)增益峰的多峰測(cè)量方法。在這種方法中，摒棄了對(duì)布里淵散射信號(hào)絕對(duì)功率的測(cè)量，從而避免了光信號(hào)功率測(cè)量誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的目的在于提供一種基于LEAF光纖的BOTDA溫度和應(yīng)變同時(shí)測(cè)量方法，使溫度和應(yīng)變可以同時(shí)被測(cè)量，避免了光信號(hào)功率測(cè)量誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案

本發(fā)明的工作原理為：采用連續(xù)探測(cè)光和窄脈沖單頻泵浦光在LEAF光纖中產(chǎn)生受激布里淵散射，將布里淵散射信號(hào)與本地的參考光信號(hào)進(jìn)行差頻檢測(cè)后，得到LEAF光纖中受激布里淵散射信號(hào)的第一個(gè)和第二個(gè)增益峰的布里淵頻移和線寬，通過(guò)數(shù)據(jù)擬合獲得該測(cè)量空間上的溫度和應(yīng)變，改變測(cè)量時(shí)刻則可獲得沿光纖的溫度和應(yīng)變分布。

一種基于LEAF光纖的BOTDA溫度和應(yīng)變同時(shí)測(cè)量方法，包括以下步驟：

①波長(zhǎng)連續(xù)光源信號(hào)通過(guò)光衰減器獲得合適的信號(hào)強(qiáng)度，作為探測(cè)光信號(hào)；

②將窄線寬光信號(hào)通過(guò)耦合器分為第一路光信號(hào)和第二路光信號(hào)；

③第一路光信號(hào)通過(guò)偏振控制器后，采用電光強(qiáng)度調(diào)制進(jìn)行調(diào)制，合理設(shè)置調(diào)制參數(shù)后得到頻率移動(dòng)近似等于布里淵頻移的上移和下移的泵浦光脈沖；

④光濾波器選取頻率上移的信號(hào)作為泵浦脈沖信號(hào)，并使泵浦脈沖信號(hào)通過(guò)偏振擾頻器，這樣可以減少泵浦光信號(hào)與探測(cè)光信號(hào)之間的偏振失配；

⑤將探測(cè)光信號(hào)和泵浦光信號(hào)從兩端注入到LEAF光纖中，產(chǎn)生受激布里淵散射；

⑥第二路光信號(hào)作為本地參考光，與受激布里淵散射信號(hào)進(jìn)行外差接收得到外差信號(hào)，從而得到布里淵頻移信號(hào)的頻譜；由外差信號(hào)并獲得LEAF光纖中第一個(gè)和第二個(gè)增益峰的布里淵頻移及線寬，將第一個(gè)和第二個(gè)增益峰的布里淵頻移及線寬進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，從而得到該空間位置上的溫度和應(yīng)變；

⑦改變測(cè)量時(shí)間得到沿光纖的溫度和應(yīng)變分布。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

提高了BOTDA系統(tǒng)同時(shí)測(cè)量溫度和應(yīng)變的動(dòng)態(tài)范圍和分辨率，有效克服了光功率測(cè)量誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果的制約，在光纖分布式傳感中有廣闊的應(yīng)用前景。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的連續(xù)探測(cè)光頻譜；

圖2是本發(fā)明探測(cè)光頻譜、泵浦光頻譜以及布里淵增益譜；

圖3是本發(fā)明探測(cè)光和泵浦光相互作用后的頻譜；

圖4是本發(fā)明外差后的頻譜；

圖5是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖標(biāo)記為：1為波長(zhǎng)連續(xù)光源、2為光衰減器、3為L(zhǎng)EAF光纖、4為光環(huán)形器、5為偏振擾頻儀、6為電光強(qiáng)度調(diào)制器、7為偏振控制器、?8為窄線寬光源、?9為耦合器、?10為光電探測(cè)器、11為電頻譜儀。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。