[發明專利]多波長布里淵光時域分析儀

無效

• 申請號: 201310027473.6
• 申請日: 2013-01-24
• 公開（公告）號: CN103115632A
• 公開（公告）日: 2013-05-22
• 發明（設計）人: 路元剛;張旭蘋;王雪;李存磊
• 申請（專利權）人: 南京大學（蘇州）高新技術研究院;南京大學
• 主分類號: G01D3/036
• 分類號: G01D3/036
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 朱小兵

技術領域

本發明涉及一種基于多波長光源的布里淵光時域分析儀，用于光纖傳感、光纜健康監測領域的布里淵光時域分析儀。

背景技術

全分布式光纖傳感技術以整條光纖為傳感元件，利用光纖中的散射現象，可實現對傳感光纖上待測物理量（應變、溫度等）隨時間和空間變化的連續分布測量。BOTDA（Brillouin?optical?time-domain?analysis，布里淵光時域分析儀)是一種基于受激布里淵放大效應的分布式光纖傳感系統，由于布里淵光時域分析儀具有傳感距離長、靈敏度高、測量精度高等優點，已經在很多結構監測中得到了應用。

傳統的基于直接探測的BOTDA都使用單波長窄線寬光源，其探測光和泵浦光都只是單波長的光信號。在損耗型BOTDA中，連續泵浦光的頻率比探測脈沖光的頻率高，兩者的頻率差約為被測光纖的布里淵頻移（約11GHz）。探測脈沖光與連續泵浦光分別從光纖的兩端注入，由于受激布里淵放大作用，連續泵浦光的一部分能量通過振動的聲場轉移給探測脈沖光。利用OTDR技術（Optical?fiber?time-domain?reflectometer，光時域反射），通過檢測連續泵浦光功率的變化，可得到光纖沿線能量轉移的大小。由于能量轉移的大小與兩個光波之間的頻率差有關，并且當兩者的頻率差為光纖的布里淵頻移時，能量轉移最大。通過主動改變兩個光波的頻率差，并記錄每個頻率差下的能量轉移大小，便可得到光纖沿線的布里淵增益譜，通過洛倫茲擬合得到布里淵譜的峰值頻率，其對應布里淵頻移。通過對比光纖中不同位置的布里淵頻移，依據布里淵頻移與應變或溫度的線性關系，可獲得光纖上連續分布的應變與溫度狀況，實現分布式光纖傳感和健康監測。

信噪比（SNR）是BOTDA的重要參數，它決定了系統的動態范圍和測量精度。信噪比的提升主要通過提升探測脈沖光和連續泵浦光功率，以及增加累加平均的測量次數來實現。但由于光纖中非線性效應的限制，入射到被測光纖中的光功率應低于受激布里淵閾值；另外增加平均次數不僅會帶來測量時間的增加，而且平均次數超過一定數量后，即使再增加也不會對信噪比的提升有明顯的幫助。故系統信噪比的提升在上述兩個方面都會受到制約。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對背景技術中存在的缺陷，提出一種基于多波長光源的布里淵光時域分析儀，該布里淵光時域分析儀使用具有相等微小波長間隔的多個波長的探測脈沖光與多個波長的連續泵浦光，每個波長的探測光與相應的泵浦光一一對應，相互間發生能量轉移，使得探測到的光功率提高，進而使得系統采集到的探測光信號的信噪比高于單波長系統的信噪比。

本發明為解決以上技術問題，采用的技術方案如下所述：

一種多波長布里淵光時域分析儀，包括多波長激光器、耦合器、探測脈沖光路、連續泵浦光路、探測器和信號采集處理器；其中，所述探測脈沖光路包括探測脈沖光調制單元、第一摻鉺光纖放大器、第一環形器，所述連續泵浦光路包括連續泵浦光調制單元、第二摻鉺光纖放大器、第二環形器、布拉格光柵、擾偏器；多波長激光器發出頻率為υ₁,υ₁+Δυ,…,υ₁+(N-1)Δυ的連續光，Δυ為頻率間隔，N為波長數，N為自然數；該連續光經耦合器分別輸入探測脈沖光路、連續泵浦光路；其中：

在探測脈沖光路上，所述連續光經探測脈沖光調制單元被調制成多波長探測脈沖光，該多波長探測脈沖光經過第一摻鉺光纖放大器放大后，經第一環形器注入被測傳感光纖的一端；

在連續泵浦光路上，所述連續光經連續泵浦光調制單元進行雙邊帶調制獲得頻率上移與下移υ_S的連續光，即該調制后的連續光頻率為υ₁±υ_S,υ₁+Δυ±υ_S,…,υ₁+(N-1)Δυ±υ_S；υ_S的初始值設定為室溫和松弛狀態下光纖對應的布里淵頻移，可通過改變泵浦光調制單元的調制頻率改變υ_S的值；調制后的連續泵浦光經過第二環形器和布拉格光柵組成的濾波單元來濾除頻率比探測脈沖光頻率低的波長成分，得到頻率為υ₁+υ_S,υ₁+Δυ+υ_S,…,υ₁+(N-1)Δυ+υ_S的連續泵浦光，該泵浦光經過擾偏器后，注入被測傳感光纖的另一端；