[實(shí)用新型]基于布里淵散射的分布式光纖溫度應(yīng)變傳感系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201720949902.9
• 申請(qǐng)日: 2017-08-01
• 公開（公告）號(hào): CN206960011U
• 公開（公告）日: 2018-02-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 隋青美;賈磊;李姝凡;常天英;王靜;王正方;張法業(yè);李亦佳;田長(zhǎng)彬;韓明娟
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號(hào): G01K11/32
• 分類號(hào): G01K11/32;G01L1/24
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司37221
• 代理人: 張勇

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及分布式光纖傳感領(lǐng)域，具體是一種基于布里淵散射的分布式光纖溫度應(yīng)變傳感系統(tǒng)。

背景技術(shù)

分布式光纖傳感系統(tǒng)可以定義為：能在連續(xù)的光纖長(zhǎng)度上，以距離的連續(xù)函數(shù)的形式傳感出被測(cè)參數(shù)隨光纖長(zhǎng)度方向變化的儀器或者系統(tǒng)。分布式溫度、應(yīng)力傳感系統(tǒng)通常是將光纖沿溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)排布，測(cè)量光在光纖中傳輸時(shí)產(chǎn)生的攜帶溫度、應(yīng)力信息的散射光，同時(shí)采用光時(shí)域反射計(jì)OTDR(Optical Time Domain Reflectometer)技術(shù)，就可以對(duì)沿光纖傳輸路徑上的溫度、應(yīng)力空間分布和隨時(shí)間變化的信息進(jìn)行測(cè)量和監(jiān)控。

基于布里淵散射的分布式傳感技術(shù)研究起步較晚，但由于它在溫度、應(yīng)變測(cè)量上所達(dá)到的測(cè)量精度、測(cè)量范圍以及空間分辨率均高于其他分布式光纖傳感技術(shù)，因此這種技術(shù)在目前得到廣泛關(guān)注與研究，也被很好地應(yīng)用于隧道變形監(jiān)測(cè)、大壩結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)和大型民用工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)等等。目前尚未有效解決的問(wèn)題主要有：一是光纖單端測(cè)量系統(tǒng)安裝方便但信號(hào)弱檢測(cè)困難，而雙端測(cè)量系統(tǒng)安裝不便；二是由于光纖中光學(xué)支聲子的壽命短，致使為了精確測(cè)量布里淵散射光頻移則入射光的脈寬要遠(yuǎn)大于聲子的壽命，這就導(dǎo)致低的空間分辨率；三是沒(méi)有經(jīng)濟(jì)有效的方法來(lái)解調(diào)溫度和應(yīng)變兩大參數(shù)。這使得基于布里淵散射的分布式傳感系統(tǒng)性能指標(biāo)無(wú)法進(jìn)一步大幅提升，也使得該技術(shù)無(wú)法大規(guī)模商用化。

實(shí)用新型內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，實(shí)用新型提供了一種基于布里淵散射的分布式光纖溫度應(yīng)變傳感系統(tǒng)，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中布里淵散射光信號(hào)檢測(cè)困難的問(wèn)題，檢測(cè)信號(hào)弱或安裝復(fù)雜、制造成本高的問(wèn)題，以及溫度和應(yīng)變解調(diào)成本高且不適用的問(wèn)題。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案為：

一種基于布里淵散射的分布式光纖溫度應(yīng)變傳感系統(tǒng)，包括：

激光器、第一耦合器、光電調(diào)制器、摻鉺光纖放大器、環(huán)形器、傳感光纖、拉曼濾波器、第二耦合器、第一光電探測(cè)器、低通濾波器、放大器、第三耦合器、第二光電探測(cè)器、射頻放大器、高通濾波器、功率分束器、第一微波探測(cè)器、第一低頻放大器、頻率-強(qiáng)度轉(zhuǎn)換器、第二微波探測(cè)器、第二低頻放大器和數(shù)據(jù)處理模塊；

激光器產(chǎn)生的入射光經(jīng)第一耦合器后分為第一支路與第二支路，第一支路的出射光依次通過(guò)光電調(diào)制器、摻鉺光纖放大器、環(huán)形器、傳感光纖后產(chǎn)生后向散射光，后向散射光經(jīng)過(guò)拉曼濾波器后被第二耦合器分成第三支路與第四支路；第三支路的出射光依次經(jīng)過(guò)第一光電探測(cè)器、低通濾波器、放大器后由數(shù)據(jù)處理模塊采集與處理，得到第一通道數(shù)據(jù)；第四支路的出射光與第二支路的出射光在第三耦合器中進(jìn)行耦合，耦合出射光進(jìn)入第二光電探測(cè)器中進(jìn)行同源外差干涉，然后再經(jīng)過(guò)射頻放大器、高通濾波器后在功率分束器中進(jìn)行功率分配，經(jīng)功率分配后的出射光分為兩路輸出，第一輸出的出射光進(jìn)入第一微波探測(cè)器，然后經(jīng)第一低頻放大器后由數(shù)據(jù)處理模塊采集與處理，得到第二通道數(shù)據(jù)；第二輸出的出射光先經(jīng)過(guò)頻率-強(qiáng)度轉(zhuǎn)換器，再經(jīng)過(guò)第二微波探測(cè)器和第二低頻放大器后由數(shù)據(jù)處理模塊采集與處理，得到第三通道數(shù)據(jù)。

其中，第一支路的出射光通過(guò)電光調(diào)制器與摻鉺光纖放大器連接；摻鉺光纖放大器和環(huán)形器的第一端口相連；環(huán)形器的第二端口一端接入傳感光纖，環(huán)形器的第三端口與拉曼濾波器相連；拉曼濾波器的輸出端與第二耦合器的輸入端連接；第二耦合器的第一輸出端依次與第一光電探測(cè)器、低通濾波器、放大器和數(shù)據(jù)處理模塊；

第三耦合器同時(shí)接收第二耦合器的第二輸出端出射光和第二支路的出射光，第三耦合器的輸出端依次與第二光電探測(cè)器、射頻放大器、高通濾波器和功率分束器相連，經(jīng)功率分配后的出射光分為兩路輸出，第一輸出的出射光進(jìn)入第一微波探測(cè)器，然后通過(guò)第一低頻放大器與數(shù)據(jù)處理模塊相連；第二輸出的出射光進(jìn)入頻率-強(qiáng)度轉(zhuǎn)換器，然后依次通過(guò)第二微波探測(cè)器、第二低頻放大器后與數(shù)據(jù)處理模塊相連。

進(jìn)一步的，所述激光器為分布式反饋激光器。

進(jìn)一步的，所述第一耦合器的分光比為98:2；所述第二耦合器和第三耦合器的分光比為75:25。

進(jìn)一步的，所述光電調(diào)制器采用鈮酸鋰強(qiáng)度調(diào)制器，用于激光器輸出的連續(xù)光以便得到合適的脈沖光。

進(jìn)一步的，摻鉺光纖放大器的工作泵浦光源為980nm波長(zhǎng)的雙向泵浦光源。

進(jìn)一步的，第一光電探測(cè)器的頻率響應(yīng)為125MHz以上，第二光電探測(cè)器為3kHz-12GHz。

本實(shí)用新型的工作原理：