[發明專利]基于自激發布里淵激光器的高靈敏分布式光纖傳感系統

有效

• 申請號: 201610182091.4
• 申請日: 2016-03-28
• 公開（公告）號: CN105865498B
• 公開（公告）日: 2017-11-21
• 發明（設計）人: 劉毅;張明江;張建忠;王云才
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙)14100
• 代理人: 朱源,王勇

技術領域

本發明涉及分布式光纖傳感系統，具體是一種基于自激發布里淵激光器的高靈敏分布式光纖傳感系統。

背景技術

分布式光纖傳感系統因具有顯著的連續性優點（即只需一根光纖就可以準確感知光纖上任一點的信息），已被廣泛應用于通信、交通、國防、土木、電力等領域?，F有的分布式光纖傳感系統主要分為三種：基于瑞利散射的分布式光纖傳感系統、基于拉曼散射的分布式光纖傳感系統、基于布里淵散射的分布式光纖傳感系統。其中，基于布里淵散射的分布式光纖傳感系統由于其在溫度和應變測量上所能達到的測量精度、傳感距離、空間分辨率相比另外兩種分布式光纖傳感系統具有明顯的優勢，并且能實現對溫度和應變的同時測量，而成為該領域的研究熱點。然而實踐表明，基于布里淵散射的分布式光纖傳感系統由于在探測溫度和應變時是使用一階斯托克斯波的頻移量來進行表征，導致其存在探測靈敏度低的問題（溫度靈敏度僅為1.1MHZ/^oC，應變靈敏度僅為0.05MHz/με）?；诖?，有必要發明一種全新的分布式光纖傳感系統，以解決現有分布式光纖傳感系統存在的上述問題。

發明內容

本發明為了解決現有分布式光纖傳感系統探測靈敏度低的問題，提供了一種基于自激發布里淵激光器的高靈敏分布式光纖傳感系統。

本發明是采用如下技術方案實現的：

基于自激發布里淵激光器的高靈敏分布式光纖傳感系統，包括可調單頻激光器、偏振控制器、電光調制器、第一摻鉺光纖放大器、第一光環行器、可調光濾波器、光電探測器、數據采集卡、諧振腔；

所述諧振腔包括第二摻鉺光纖放大器、第三摻鉺光纖放大器、第二光環行器、第三光環行器、第一雙向光分路器、第二雙向光分路器、單模傳感光纖；

其中，可調單頻激光器的出射端與偏振控制器的入射端連接；偏振控制器的出射端與電光調制器的入射端連接；電光調制器的出射端與第一摻鉺光纖放大器的入射端連接；第一摻鉺光纖放大器的出射端與第一光環行器的入射端連接；第一光環行器的反射端與第一雙向光分路器的第一個下行端口連接；第一雙向光分路器的上行端口和第二雙向光分路器的上行端口之間通過單模傳感光纖連接；第一雙向光分路器的第二個下行端口與第二光環行器的入射端連接；第二光環行器的出射端與第二摻鉺光纖放大器的入射端連接；第二光環行器的反射端與第二摻鉺光纖放大器的出射端連接；第二雙向光分路器的第二個下行端口與第三光環行器的入射端連接；第三光環行器的出射端與第三摻鉺光纖放大器的入射端連接；第三光環行器的反射端與第三摻鉺光纖放大器的出射端連接；第一光環行器的出射端與可調光濾波器的入射端連接；可調光濾波器的出射端與光電探測器的入射端連接；光電探測器的信號輸出端與數據采集卡的信號輸入端連接。

具體工作過程如下：可調單頻激光器發出的激光作為探測光，該激光依次經偏振控制器、電光調制器、第一摻鉺光纖放大器、第一光環行器、第一雙向光分路器進入諧振腔，并在單模傳感光纖中產生受激布里淵散射。與此同時，第二摻鉺光纖放大器和第三摻鉺光纖放大器發出的自發輻射光在諧振腔中進行諧振，當第二摻鉺光纖放大器和第三摻鉺光纖放大器的功率足夠大時，自發輻射光諧振產生多波長布里淵激光（第二摻鉺光纖放大器和第三摻鉺光纖放大器的功率越大，諧振產生的布里淵激光的波長越多）。多波長布里淵激光與受激布里淵散射在單模傳感光纖中進行拍頻，由此產生拍頻光信號。拍頻光信號依次經第一光環行器、可調光濾波器進入光電探測器，并經光電探測器轉換為拍頻電信號后進入數據采集卡。數據采集卡對拍頻電信號進行拍頻分析，由此獲取單模傳感光纖的溫度值和應變值。在此過程中，偏振控制器的作用是調節可調單頻激光器發出的激光進入電光調制器的偏振態，以獲得最大的輸出功率。電光調制器的作用是加載脈沖信號。第一摻鉺光纖放大器的作用是保證可調單頻激光器發出的激光具有足夠功率，以使激光在單模傳感光纖中產生受激布里淵散射。

基于上述過程，與現有分布式光纖傳感系統相比，本發明所述的基于自激發布里淵激光器的高靈敏分布式光纖傳感系統基于全新的光路結構，并利用多波長布里淵激光，實現了對單模傳感光纖的溫度值和應變值進行高靈敏度探測，由此具備了如下優點：與基于布里淵散射的分布式光纖傳感系統相比，本發明在探測溫度和應變時使用多波長布里淵激光的頻移量來進行表征，由此大幅提高了探測靈敏度（溫度靈敏度能夠提高至50MHZ/^oC，應變靈敏度能夠提高至2.5MHz/με）。

本發明結構合理、設計巧妙，有效解決了現有分布式光纖傳感系統探測靈敏度低的問題，適用于分布式光纖傳感領域。

附圖說明