[發(fā)明專利]一種光纖布里淵散射頻譜的分布式快速檢測方法和裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310654696.5
• 申請日: 2013-12-06
• 公開（公告）號: CN103712639A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉慶文;何祖源;樊昕昱;杜江兵;謝峰;馬麟
• 申請（專利權(quán)）人: 何祖源;上海正海資產(chǎn)管理有限公司
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 邵驊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及對應(yīng)變與溫度進(jìn)行全分布式測量的分布式光纖傳感系統(tǒng)，具體為通過快速檢測光纖中的布里淵散射的頻移，來實(shí)現(xiàn)應(yīng)變與溫度的快速全分布式測量的方法和裝置。

背景技術(shù)

全分布式光纖傳感器中，光纖自身不但可以傳輸信號，也同時是探測元件，集實(shí)時信息感知和寬帶信息傳輸于一體，可以準(zhǔn)確地測量出光纖沿線上任意一點(diǎn)處的溫度、應(yīng)變等待測物理量信息，實(shí)現(xiàn)機(jī)械類或電類傳感器所不能做到的分布式連續(xù)傳感，具有廣闊的應(yīng)用前景。其中，布里淵光時域分析儀（Brillouin?optical?fiber?time?domain?analysis）是一種重要的傳感技術(shù)，它在待測光纖的一端入射脈沖光，在另一端入射頻率與脈沖光頻率相差約等于布里淵頻移的連續(xù)光。當(dāng)脈沖光與連續(xù)光在光纖中相重疊時，由于受激布里淵放大作用，脈沖光與連續(xù)光之間會通過聲波場發(fā)生能量轉(zhuǎn)移。能量轉(zhuǎn)移的大小與兩個光波之間的頻率差有關(guān)，當(dāng)頻率差等于光纖的布里淵頻移時所轉(zhuǎn)移的能量最大，所以通過掃描兩個光源之間的頻率差檢測每個頻率差下轉(zhuǎn)移的能量大小，便可得到光纖沿線的布里淵頻移，從而實(shí)現(xiàn)對光纖應(yīng)變和溫度的全分布式傳感。布里淵光時域分析儀具有動態(tài)范圍大、傳感距離長、測量精度高等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在很多結(jié)構(gòu)檢測中得到了應(yīng)用。

在現(xiàn)有的技術(shù)中，對布里淵頻移的探測采取掃頻探測方式，即每次向光纖中注入一個頻率的探測光，只檢測光纖中布里淵散射光譜的在相應(yīng)頻率上的分布。其檢測系統(tǒng)如圖1所示，激光器發(fā)出頻率為v的連續(xù)光，經(jīng)耦合器分為兩路，一路作為泵浦光，被光調(diào)制器調(diào)制成為脈沖，經(jīng)過光放大器和光回旋器進(jìn)入被測光纖，并在被測光纖中激起布里淵增益；另一路光作為探測光，經(jīng)過光移頻器之后，產(chǎn)生一個頻移vB，其大小在布里淵散射的頻率范圍之內(nèi)。泵浦光脈沖與連續(xù)探測光在被測光纖中相向傳播，并在它們相遇的位置，泵浦光的能量通過布里淵增益轉(zhuǎn)移到探測光，使探測光得到放大，其放大的增益與布里淵增益的系數(shù)有關(guān)。放大后的探測光信號被光電探測器接收轉(zhuǎn)換為電信號，在不同位置與泵浦光相遇的探測光，其到達(dá)光電探測器的時間也不相同，因此通過測量不同時間到達(dá)探測器的光的強(qiáng)度，就可以獲得沿著整根被測光纖的布里淵散射在頻率為vB處的增益。改變vB的大小，并依此測量光纖在各個vB處的增益，就可以得到光纖的布里淵增益普。根據(jù)布里淵增益的峰值的位置，可以獲得被測光纖的溫度和應(yīng)變信息。

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這種布里淵增益譜的掃頻探測方式，存在的固有缺陷是：雖然只有布里淵增益的峰值對應(yīng)的頻移才是需要獲得的參數(shù)，卻必須通過掃頻，在每一個頻率上都要探測整根光纖上的布里淵增益譜，最終根據(jù)整根光纖上所有位置處完整的布里淵增益譜計算出布里淵頻移，因而一次完整的測量需要花費(fèi)較長的時間，難以對快速變化的信號做出響應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容

????本發(fā)明目的在于針對現(xiàn)有基于布里淵散射的光纖傳感器需要經(jīng)過掃頻才能得到布里淵頻移，測量時間較長，無法對快速變化的信號做出相應(yīng)反應(yīng)的缺陷，提供一種反應(yīng)迅速，測量準(zhǔn)確的光纖中布里淵散射頻譜的分布式快速檢測方法和裝置。

本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案：

一種光纖布里淵散射頻譜的分布式快速檢測方法，在待測光纖兩端分別入射泵浦光和探測光，其特征在于：利用布里淵散射頻譜在峰值附近左右對稱的特性，快速調(diào)制探測光的頻率，并使得探測光的頻率在兩個特定的頻率之間跳動，并且這兩個頻率分別位于布里淵頻譜的峰值兩側(cè)，通過測量探測光的功率變化，獲得在這兩個頻率處布里淵增益的大??；調(diào)整兩個頻率數(shù)值使得接收到的探測光強(qiáng)度幅度變化為零，即探測光的的兩個頻率感受到的布里淵增益完全相同；通過對接收到的探測光進(jìn)行鎖相解調(diào)，得到探測光平均頻率與布里淵散射頻率。

采用上述方法的光纖布里淵散射頻譜的分布式快速檢測裝置，其特征在于：包括激光器、光耦合器、光移頻器、頻移編碼器、光纖、光回旋器、光放大器、光調(diào)制器、光電探測器、相敏解調(diào)器、高速數(shù)據(jù)采集單元、處理與控制單元、射頻信號源、信號發(fā)生器；