[發明專利]基于寬頻混沌激光的分布式光纖動態應變傳感裝置及方法

有效

• 申請號: 201810408414.6
• 申請日: 2018-05-02
• 公開（公告）號: CN108827175B
• 公開（公告）日: 2020-02-11
• 發明（設計）人: 張明江;王亞輝;張建忠;張倩;李夢文;喬麗君
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16
• 代理公司: 14100 太原科衛專利事務所(普通合伙)
• 代理人: 朱源;武建云

1.一種基于寬頻混沌激光的分布式光纖動態應變傳感裝置，其特征在于：包括寬頻混沌激光源（1）、1×2光纖耦合器（2）、第一偏振控制器（3）、高速電光調制器（4）、可編程光延時發生器（5）、第一光放大器（6）、光擾偏器（7）、光隔離器（8）、傳感光纖（9）、光環行器（10）、第二光放大器（11）、半導體光放大器（12）、第二偏振控制器（13）、脈沖信號發生器（14）、寬帶微波信號源（15）、高速數據采集與分析系統（16）、光電探測器（17）、可調諧光濾波器（18）；

其中，寬頻混沌激光源（1）的輸出端與1×2光纖耦合器（2）的輸入端連接；1×2光纖耦合器（2）的第一個輸出端與第一偏振控制器（3）輸入端連接；第一偏振控制器（3）輸出端與高速電光調制器（4）的光纖輸入端連接；寬帶微波信號源（15）的射頻輸出端通過高頻同軸電纜與高速電光調制器（4）的射頻輸入端連接；高速電光調制器（4）的光纖輸出端通過單模光纖跳線與可編程光延時發生器（5）的輸入端連接；可編程光延時發生器（5）的輸出端通過單模光纖跳線與第一光放大器（6）的輸入端連接；第一光放大器（6）的輸出端通過單模光纖跳線與光擾偏器（7）的輸入端連接；光擾偏器（7）的輸出端通過單模光纖跳線與光隔離器（8）的輸入端連接；光隔離器（8）的輸出端與傳感光纖（9）一端連接；傳感光纖（9）的另一端與光環行器（10）的反射端連接；1×2光纖耦合器（2）的第二個輸出端與第二偏振控制器（13）輸入端連接；第二偏振控制器（13）輸出端通過單模光纖跳線與半導體光放大器（12）的輸入端連接；半導體光放大器（12）的輸出端通過單模光纖跳線與第二光放大器（11）的輸入端連接：第二光放大器（11）的輸出端通過單模光纖跳線與光環行器（10）的輸入端連接；光環行器（10）的輸出端與可調諧光濾波器（18）的輸入端連接；可調諧光濾波器（18）的輸出端通過單模光纖跳線與光電探測器（17）連接；光電探測器（17）的輸出端通過高頻同軸電纜與高速數據采集與分析系統（16）的數據采集端口連接；脈沖信號發生器（14）的射頻輸出端Ⅰ通過高頻同軸電纜與半導體光放大器（12）的射頻輸入端連接，脈沖信號發生器（14）的射頻輸出端Ⅱ通過高頻同軸電纜與高速數據采集與分析系統（16）的射頻控制端口連接，脈沖信號發生器（14）的射頻輸出端Ⅲ通過高頻同軸電纜與寬帶微波信號源（15）的外部觸發端口連接。

2.一種基于寬頻混沌激光的分布式光纖動態應變傳感方法，其特征在于：寬頻混沌激光源（1）輸出混沌激光入射到1×2光纖耦合器（2），通過1×2光纖耦合器（2）分為兩路：一路作為探測光，另一路作為泵浦光；

探測光通過第一偏振控制器（3）入射到高速電光調制器（4），其中高速電光調制器（4）被寬帶微波信號源（15）輸出的正弦信號調制，使得探測光中心頻率產生偏移；經高速電光調制器（4）移頻后的光信號輸入到可編程光延遲發生器（5），并通過可編程光延遲發生器（5）調節探測光的光程，然后入射到第一光放大器（6），通過第一光放大器（6）對探測光進行放大，然后入射到光擾偏器（7），經光擾偏器（7）后入射到光隔離器（8），經光隔離器（8）輸出后，探測光注入傳感光纖（9）一端；

泵浦光通過第二偏振控制器（13）入射到半導體光放大器（12），其中半導體光放大器（12）被脈沖信號發生器（14）輸出的高速脈沖信號調制，經脈沖調制后的混沌光信號入射到第二光放大器（11），經第二光放大器（11）放大后輸出至光環行器（10）的輸入端；

相向傳輸的探測光與泵浦光在傳感光纖（9）中的某一位置處相遇，與此同時發生受激布里淵放大作用，放大后的探測光信號經光環行器（10）環行后進入可調諧光濾波器（18），濾除無用信號只保留布里淵斯托克斯光；將濾出的光信號接入光電探測器（17）轉換為電域信號，并通過高頻同軸電纜傳輸至高速數據采集與分析系統（16）；

混沌探測光和泵浦光在傳感光纖（9）相遇位置處會產生布里淵增益，通過寬帶微波信號源（15）將布里淵頻差鎖定在布里淵增益譜線性區的中點，并用光電探測器（17）進行實時布里淵增益采集，并利用高速數據采集與分析系統（16）進行實時數據處理與分析，同時可編程光延遲發生器（5）調節探測光的光程，使得探測光和泵浦光在傳感光纖（9）中的不同位置處發生受激布里淵放大作用，獲取混沌布里淵增益譜信息，從而得到傳感光纖任意位置處應變信息。