[發明專利]基于暗脈沖光源的雙芯弱光柵陣列的多參量分布式測量系統及測量方法

有效

• 申請號: 201710266576.6
• 申請日: 2017-04-21
• 公開（公告）號: CN107036733B
• 公開（公告）日: 2019-08-02
• 發明（設計）人: 童杏林;方定江;鄭志遠;鄧承偉;張翠;楊華東;張寶林;劉訪;汪鵬飛
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G01K11/32
• 分類號: G01K11/32;G01L1/24
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 張惠玲

本發明涉及一種基于暗脈沖光源的雙芯弱光柵陣列的多參量分布式測量系統及測量方法，系統包括寬帶暗脈沖光源、弱光柵陣列、雙芯光纖、光電轉換單元、光纖延遲線、陷波濾光片、信息采集單元、計算機、雙芯光纖耦合器。本發明利用脈寬可調諧暗脈沖光源的高功率穩定的背景光激發的高強度瑞利散射光進行分布式測量；同時，利用光源的暗脈沖和弱光柵陣列對全光纖范圍內的瑞利散射進行空間分段定位，以提高傳感系統的空間分辨率和測量精度，實現對溫度和應變的同時精確測量和其在區間內的精確定位。本發明結構簡單、響應速度快、空間分辨率高，能夠同時實現溫度和應變參量高精度的分布式光纖傳感測量。

技術領域

本發明涉及多參量分布式測量系統，更具體地說，涉及一種基于暗脈沖光源的雙芯弱光柵陣列的多參量分布式測量系統。

背景技術

隨著科學技術的發展和物聯網應用要求的提高，光纖傳感網絡正在向大容量和多參量測量方向發展，基于瑞利散射、布里淵散射、拉曼散射的分布式光纖傳感網絡為高電壓、強磁場干擾、大電流、復雜幾何空間、易燃、易爆等惡劣環境的空間上連續分布各點的溫度、應變等物理參量的測量提供了可行的新手段。分布式光纖傳感技術是伴隨著光時域反射技術(OTDR)的產生而發展起來的，如利用光時域反射技術測量后向的瑞利散射信號的強度和偏振態來監測溫度/應變；利用光時域反射技術測量后向的拉曼散射信號的強度來監測溫度；利用光時域反射技術測量布里淵散射信號的強度和頻移來監測溫度/應變。

受限于技術原理，基于布里淵散射的分布式光纖傳感器和基于拉曼散射的分布式光纖傳感器響應速度與空間分辨率都較低，不適合許多應用場合對于事故快速響應的監測要求，復雜昂貴的系統也限制了兩類分布式測量技術的工程化應用。基于瑞利散射的分布式光纖傳感器響應速度快、靈敏度高,開始受到重視。然而，基于單模光纖瑞利散射的分布式光纖傳感系統以微弱的背向瑞利散射信號為信息載體,系統的信噪比較低,測量精度與空間分辨率低，傳感功能比較單一，難以實現對溫度和應變的定量檢測等，制約了基于瑞利散射的分布式光纖傳感技術的發展。特別是由于光纖對溫度與應變的交叉敏感，通過另外加一根只感溫光纖的方式很難保證該光纖不受到應力的擾動，溫度補償光柵與測量光柵的位置偏差等都會造成測量精度難已保證，在工程應用中存在困難。目前還沒有看到能夠采用弱光纖光柵陣列對光纖沿線所有位置同時進行應變和溫度連續分布式光纖傳感檢測的報道。若能同時對應變、溫度等參量進行長距離快速分布式精確監測，則可大大減少監測成本，并提高監測的有效性和可靠性。因此，有必要尋求創新的傳感機理與方法，滿足實際應用的需求。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于，提供一種基于暗脈沖光源的雙芯弱光柵陣列的多參量分布式測量系統及測量方法，可以實現溫度、應變信號的高空間分辨率、高精度分布式測量。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：構造一種基于暗脈沖光源的雙芯弱光柵陣列的多參量分布式測量系統，包括寬帶暗脈沖光源、第一耦合器、第一環形器、雙芯光纖耦合器、雙芯光纖、第二環形器、第二耦合器、第一光電二極管、第二光電二極管、第三光電二極管、第四光電二極管、信息采集單元和計算機；所述雙芯光纖包括第一芯層和第二芯層，所述第一芯層和第二芯層上分別設有全同弱光柵陣列；

寬帶暗脈沖光源輸出的寬帶光經過第一耦合器分為兩束探測光及一束參考光，其中探測光分別為第一束探測光和第二束探測光；

所述參考光入射到第一光電二極管被轉換為參考電信號，傳輸到信息采集單元的第一端口；

第一束探測光入射到第一環形器的第一端口，從其第二端口射出，進入雙芯光纖耦合器的第一端口，并從第三端口耦合進雙芯光纖的第一芯層中，通過弱光柵陣列以及瑞利散射效應所產生的第一反射光入射到雙芯光纖耦合器的第三端口，并從雙芯光纖耦合器的第一端口射出，入射到第一環形器的第二端口，從環形器的第三端口射出，緊接著入射到第二耦合器，被分為兩束反射光，分別為第一光柵反射光和第一瑞利反射光；