[發明專利]布里淵光纖傳感系統及方法

有效

• 申請號: 201410127210.7
• 申請日: 2014-03-31
• 公開（公告）號: CN103913185A
• 公開（公告）日: 2014-07-09
• 發明（設計）人: 胡君輝;陽麗;潘福東;王力虎
• 申請（專利權）人: 廣西師范大學
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353
• 代理公司: 桂林市持衡專利商標事務所有限公司 45107
• 代理人: 陳躍琳

技術領域

本發明涉及光纖傳感技術領域，具體涉及一種布里淵光纖傳感系統及方法。

背景技術

當光纖中相向傳輸的兩束光波的頻率差在光纖固有布里淵增益范圍內時，這兩束光通過聲波場發生受激布里淵作用，兩束光之間發生能量轉移，當兩束光的頻率差等于光纖固有的布里淵頻移（BFS）時，能量轉移量最大，據此可以測量出沿光纖長度的布里淵頻移分布，布里淵光時域分析（BOTDA）技術正是基于上述原理，并利用布里淵頻移（BFS）與溫度和應變之間的線性關系來實現分布式溫度和應變傳感的。BOTDA具有長距離、高測量精度等特點，在橋梁大壩等大型土木工程和油氣管道的結構健康監測中有著巨大的潛在用途。

受聲子壽命10ns的限制，傳統直接探測方式的BOTDA系統的最好空間分辨率為1m，此外由于光纖非線性效應的存在，傳統BOTDA的傳感長度受泵浦脈沖光所允許的最大光功率和由于泵浦脈沖的功率損耗造成的非局域效應的限制，這些不足極大限制了BOTDA系統的應用場合。為提高系統的空間分辨率，人們提出了差分脈沖對的方法，但是這種方法需要兩倍的測量時間，為此人們還提出了光路差分的方案，即在光域上同時注入脈沖寬度不同的斯托克斯泵浦光和反斯托克斯泵浦光，同時利用它們與探測光作用帶來的布里淵增益和布里淵損耗相減的過程，最后測量探測光的光功率隨時間的變化，但是因為光路差分后的布里淵增益信號相對較弱，所以傳感距離不長，測量誤差較大，此外，兩束泵浦脈沖光功率不匹配和損耗帶來的非局域效應也會造成測量的系統誤差。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種基于光差分參量放大、三頻探測光和相干探測的布里淵光纖傳感系統及方法。

為解決上述問題，本發明是通過以下技術方案實現的：

一種布里淵光纖傳感系統，主要由窄線寬激光器、第一耦合器、第二耦合器、第一電光調制器、第二電光調制器、第三電光調制器、第四電光調制器、微波信號源、頻分器、第一光環形器、第二光環形器、FBG濾波器、第一偏振控制器、第二偏振控制器、脈沖信號發生器、摻鉺光纖放大器、傳感光纖、第一3dB耦合器、第二3dB耦合器、隔離器、擾偏器、移頻器、平衡光電探測器和數據采集處理模塊組成；

窄線寬激光器的輸出端連接第一耦合器的輸入端，第一耦合器的兩路輸出端分別連接第一電光調制器的輸入端和第二耦合器的輸入端；

微波信號源經頻分器連接第一電光調制器的射頻接口；第一電光調制器的輸出端連接第一光環形器的第一端口，第一光環形器的第二端口經FBG濾波器連接第一偏振控制器的輸入端，第一光環形器的第三端口直接連接第二偏振控制器的輸入端；第一偏振控制器的輸出端經第三電光調制器連接第一3dB耦合器的一個輸入端，第二偏振控制器經第四電光調制器連接第一3dB耦合器的另一個輸入端；脈沖信號發生器分別連接第三電光調制器和第四電光調制器的控制端；第一3dB耦合器的輸出端經摻鉺光纖放大器連接第二光環形器的第一端口；

第二耦合器的兩路輸出端分別連接第二電光調制器的輸入端和移頻器的輸入端；微波信號源直接連接第二電光調制器的射頻接口；第二電光調制器的輸出端經隔離器連接擾偏器的輸入端，擾偏器的輸出端連接沿傳感光纖的一端；傳感光纖的另一端連接第二光環形器的第二端口；移頻器的輸出端連接第二3dB耦合器的一個輸入端，第二3dB耦合器的另一個輸入端連接第二光環形器的第三端口，第二3dB耦合器的輸出端經平衡光電探測器與數據采集處理模塊相連。

上述系統中，所述移頻器的移頻量f大于傳感光纖固有布里淵增益譜的3dB譜寬的4倍。

上述系統中，所述FBG濾波器為3dB濾波帶寬為10GHz的光纖光柵FBG濾波器。

上述系統中，所述第一至第四電光調制器均采用鈮酸鋰強度調制器。

上述系統中，所述傳感光纖為普通單模光纖。

上述系統中，所述平衡光電探測器的探測帶寬為1GHz。

上述布里淵光纖傳感系統所實現的布里淵光纖傳感方法，包括如下步驟：

所述窄線寬激光器發出頻率為v₀的連續光被第一耦合器分成兩路連續光，即第一路連續光和第二路連續光；其中