[發明專利]一種基于多機理融合的多參量分布式光纖傳感器

有效

• 申請號: 201310066961.8
• 申請日: 2013-03-01
• 公開（公告）號: CN103175555A
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發明（設計）人: 宋牟平;董沛君
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01D5/26
• 分類號: G01D5/26
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本發明屬于光電信號處理領域，尤其涉及一種基于多機理融合的多參量分布式光纖傳感器。

背景技術

分布式光纖傳感器（DOFS）以其可對被測量場的連續空間進行傳感而成為傳感領域中引人注目的一項技術，充分利用了光纖的傳和感的能力，沿光纖可同時得到被測量場在時間和空間上的分布信息，具有普通電傳感器所無法替代的獨特應用前景。不同機理分布式光纖傳感主要包括瑞利（Rayleigh）散射DOFS、光纖干涉儀DOFS、光纖的偏振模式耦合DOFS、拉曼（Raman）散射DOFS和布里淵（Brillouin）散射DOFS等。

目前針對單一機理的分布式光纖傳感器的研究相對深入：

公開號為CN?101324424A的專利申請文件公開了一種新型光纖布里淵光時域分析器，其利用光纖寬帶非線性光放大效應和相關方法的布里淵散射光的應變、溫度效應和光時域分析器。包括窄帶單頻光纖激光器，光纖分路器，脈沖調制器，兩個光纖環形器，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。

授權公告號為CN?1232846C的中國專利公布了一種基于微彎傳輸波導的馬赫-曾德干涉型傳感裝置，該傳感裝置輸入光波導的一端與激光光源連接，其另一端與第一耦合器的一端連接后，分別接彎折的傳感光波導臂和彎折的參考光波導臂的一端，再經第二耦合器接輸出光波導，傳感光波導臂的外側裝有傳感樣品池，參考光波導臂的外側裝有標準樣品池。

申請公布號為CN?102818657?A的專利申請文件公開了一種基于EDFA放大技術的遠程分布式拉曼溫度傳感器，其特征在于至少設有兩條傳感光纖，相鄰的兩條傳感光纖之間設有兩個環形器和放大器，其中上一級傳感光纖中的信號依次經過第一環形器、EDFA放大器、第二環形器后進入下一級傳感光纖，下一級傳感光纖中的背向反射信號依次經第二環形器、第一環形器后返回上一級傳感光纖并經波分復用器送入數據采集器。

但以上現有技術受各自技術特點的制約，難以實現分布式光纖傳感器的理想應用目標：對靜態和動態多參量進行大范圍的實時在線監測，特別是對于建筑結構、輸電/通信線纜、輸油/氣管道、橋梁、水庫水壩、軍事場地等的監測，單一的應變或溫度等檢測難以達到行業應用規范的多參量檢測需要。例如要同時對靜態、動態和大幅度應變等進行傳感，這是單一傳感機理的分布式光纖傳感器難以達到的。

發明內容

本發明針對目前對多機理融合的分布式光纖傳感器研究較少，而單機理分布式光纖傳感器難以實現對多機理多結構的傳感光纖理想應用的技術問題，提出了一種基于多機理融合的多參量分布式光纖傳感器。

一種基于多機理融合的多參量分布式光纖傳感器，包括參數可控光源、可調光信號處理系統和可重配置光電信號處理系統；其中可調光信號處理系統的一端由光纖并聯連接參數可控光源和可重配置光電信號處理系統，另一端設有與待檢測的多機理多結構的傳感光纖相連接的接口；

由參數可控光源產生多機理的光信號，所述多機理的光信號經光纖進入可調光信號處理系統完成光路控制后，經過待檢測的多機理多結構的傳感光纖，重返可調光信號處理系統，并在實現解復用和直接光功率檢測、光相干檢后進入可重配置光電信號處理系統進行分析檢測，得出待檢測的多機理多結構的傳感光纖的傳感結果；

所述的參數可控光源由波長可移窄帶光源、電光相位調制器、聲光調制器、馬赫-曾德電光調制器、可調濾波器、高速光偏振控制器、電子控制系統組成；由電子控制系統通過雙向控制信號對依次串聯的波長可移窄帶光源、電光相位調制器、聲光調制器、馬赫-曾德電光調制器、可調濾波器、高速光偏振控制器進行參數選擇控制，從而得到多機理光信號；

所述的可調光信號處理系統包括光路控制模塊、直接光功率檢測器或光相干檢測器，由光路控制模塊對所述多機理光信號進行光路控制，由直接光功率檢測器或光相干檢測器對所述多機理光信號進行檢測；

所述的可重配置光電信號處理系統由光電檢測器、電子放大器、濾波器、高速AD轉換器和基于FPGA的DSP處理模塊組成，用來分析檢測接收到光信號，并得出最后的傳感結果。