[實用新型]用于檢測全分布式光纖的溫度及振動位置的傳感器

有效

• 申請號: 201720922761.1
• 申請日: 2017-07-27
• 公開（公告）號: CN207215172U
• 公開（公告）日: 2018-04-10
• 發明（設計）人: 余志華;戴昊龍;張明宇;張齊
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（武漢）
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02
• 代理公司: 武漢知產時代知識產權代理有限公司42238
• 代理人: 郝明琴

技術領域

本實用新型涉及傳感器領域，尤其涉及全分布式光纖的傳感器方面，更具體地說，涉及一種用于檢測全分布式光纖的溫度及振動位置的傳感器。

背景技術

當光在光纖中傳播時，如果外界環境發生變化，光在光纖中的一些參量會因此而改變，比如光速，相位，甚至光的偏振態也會因此而變化。通過測量傳輸光纖中的這些光參量便可以獲得相應的物理量，我們將這種利用光纖來做傳感器的技術，稱之為光纖傳感技術。

全分布式光纖傳感技術，是以光纖作為傳感原件的，光纖本身就是傳遞信息的媒介，而且又同時具有傳感的功能，因此具有傳統電量型傳感器所無法比擬的優勢。光纖的覆蓋面廣，可以用于測量整個傳感光纖覆蓋范圍內的溫度和振動等變化。

傳統的傳感器大多是電量型的，測量范圍小，并網困難，而且點式傳感器在測量大范圍，長距離的時候，需要很高的維護成本。相比之下，光纖傳感器的傳感器是光纖，光纖本身結構穩定、抗電磁干擾、耐腐蝕、體積小、價格低廉，此外光纖的覆蓋面廣，可以對大范圍，空間分布廣的系統做測量。基于以上優點，全分布式光纖傳感與20世紀70年代末以來，得到了廣泛的發展，出現了基于時域光反射的，瑞利時域光反射(OTDR)、拉曼時域光反射(ROTDR)、相位敏感時域光反射(Φ-OTDR)等，目前基于拉曼時域光反射(ROTDR)已經十分成熟。其中對于振動的測量也有很多方法，近年將干涉技術和相位敏感時域光反射技術(Φ-OTDR)相結合的振動傳感技術是一種研究熱點。

1)光在光纖中傳播會受到外界的因素的影響，此時光的相關物理量會發生變化，利用這一變化可以測出相應的參量。當相干光光源經調制后，射出的脈沖光射入傳感光纖時，如果光纖上有振動產生，那么傳感光纖上相應位置會發生一些物理變化，如光纖折射率，長度等，利用自干涉技術，當傳感光纖受到振動的影響時，在干涉儀輸出的干涉信號會發生變化，通過相位載波技術可以將其完全解調出來，利用相位敏感時域光反射技術，可以實時定位振動發生的位置。因此自干涉技術可以對振動進行全分布實時監測。

2)拉曼時域光反射(ROTDR)技術是向光纖中注入脈沖光，光在光纖中傳播過程中，產生后向拉曼散射光譜的溫度效應。當入射的光量子與光纖物質分子產生碰撞時，產生彈性碰撞和非彈性碰撞。彈性碰撞時，光量子和物質分子之間沒有能量交換，光量子的頻率不發生任何改變，表現為瑞利散射光保持與入射光相同的波長；在非彈性碰撞時，發生能量交換，光量子可以釋放或吸收聲子，表現為產生一個波長較長的斯托克斯光和一個波長較短的反斯托克斯光。由于反斯托克斯光受溫度影響比較敏感，系統采用以斯托克斯光通道作為參考通道，反斯托克斯光通道作為信號通道，有兩者的比值可以消除光源信號波動、光纖彎曲等非溫度因素，實現對溫度信息的采集。

然而目前的傳感器一般是單獨測量振動位置或者單獨測量溫度，當想要測量者兩個物理量時，采用兩套獨立的系統分別進行測量，如此需要的儀器的成本高昂。

實用新型內容

本實用新型要解決的技術問題在于，針對上述的現有基于光纖的傳感器在測量振動位置以及溫度時分別采用兩套獨立的系統分別進行測量造成的成本高昂的技術缺陷，提供了用于檢測全分布式光纖的溫度及振動位置的傳感器。

根據本實用新型的其中一方面，本實用新型為解決其技術問題，提供了一種用于檢測全分布式光纖的溫度及振動位置的傳感器，包含：

用于產生連續光的激光器；

用于產生脈沖的脈沖發生器；

用于利用所述脈沖對所述連續光進行調制，形成脈沖信號的聲光調制器，聲光調制器的輸入端分別連接激光器以及脈沖發生器的輸出端，其中脈沖信號在一個周期內具有電平大小不一的第一電平脈沖信號及第二電平脈沖信號；

用于允許聲光調制器產生的信號通過而隔離返回至聲光調制器的信號的隔離器，隔離器的輸入端連接聲光調制器的輸出端；

用于對隔離器輸入的信號進行放大的摻餌光纖放大器，摻餌光纖放大器的輸入端連接隔離器的輸出端；

環形器，包括輸入端、第一端口及第二端口，環形器的輸入端連接摻餌光纖放大器的輸出端，第一端口連接拉曼波分復用器的第三端口以輸出摻餌光纖放大器輸入的信號至拉曼波分復用器，并接收拉曼波分復用器發送來的瑞利散射光，第二端口連接瑞利散射光處理單元以將所述瑞利散射光傳送至瑞利散射光處理單元；