[發(fā)明專利]基于寬頻混沌激光的分布式光纖動態(tài)應(yīng)變傳感裝置及方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201810408414.6 | 申請日： | 2018-05-02 |
| 公開（公告）號： | CN108827175B | 公開（公告）日： | 2020-02-11 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 張明江;王亞輝;張建忠;張倩;李夢文;喬麗君 | 申請（專利權(quán)）人： | 太原理工大學(xué) |
| 主分類號： | G01B11/16 | 分類號： | G01B11/16 |
| 代理公司： | 14100 太原科衛(wèi)專利事務(wù)所(普通合伙) | 代理人： | 朱源;武建云 |
| 地址： | 030024 *** | 國省代碼： | 山西;14 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 混沌激光 寬頻 半導(dǎo)體光放大器 脈沖信號發(fā)生器 高速數(shù)據(jù)采集 應(yīng)變傳感裝置 分布式光纖 偏振控制器 分析系統(tǒng) 光放大器 寬帶微波 信號源 高速電光調(diào)制器 可調(diào)諧光濾波器 高速脈沖信號 光電探測器 光纖耦合器 準確度 傳感光纖 傳感系統(tǒng) 光隔離器 光環(huán)行器 同步控制 發(fā)生器 光延時 可編程 擾偏器 實時性 測量 保證 | ||
本發(fā)明公開了一種基于寬頻混沌激光的分布式光纖動態(tài)應(yīng)變傳感裝置，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(diào)制器（4）、可編程光延時發(fā)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(huán)行器（10）、第二光放大器（11）、半導(dǎo)體光放大器（12）、第二偏振控制器（13）、脈沖信號發(fā)生器（14）、寬帶微波信號源（15）、高速數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)（16）、光電探測器（17）、可調(diào)諧光濾波器（18）。本發(fā)明利用脈沖信號發(fā)生器產(chǎn)生高速脈沖信號，并實現(xiàn)寬帶微波信號源、半導(dǎo)體光放大器及高速數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)的同步控制，保證傳感系統(tǒng)測量的準確度與實時性。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及分布式光纖傳感系統(tǒng)，具體是一種基于寬頻混沌激光的分布式光纖動態(tài)應(yīng)變傳感裝置及方法。
背景技術(shù)
分布式光纖傳感是將光纖作為傳感元件和傳輸元件，可以實現(xiàn)整條光纖不同位置處溫度、應(yīng)變等物理參量的連續(xù)分布式測量。分布式光纖傳感技術(shù)作為大型建筑結(jié)構(gòu)健康安全監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的重要一環(huán)已在石油化工、土木工程、電氣傳輸、航空航天、交通運輸?shù)雀鞔箢I(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，溫度、振動及應(yīng)變等多參量的實時、高精度監(jiān)測成為重大研究熱點。
目前，基于布里淵散射的分布式光纖傳感系統(tǒng)由于可實現(xiàn)溫度和應(yīng)變的同時測量，且在測量精度、測量距離、空間分辨率等方面的優(yōu)勢，成為分布式光纖傳感領(lǐng)域的研究重點。大型工程健康監(jiān)測對應(yīng)變測量提出長距離、高分辨率、大動態(tài)范圍、實時快速的要求，現(xiàn)有技術(shù)條件下，分布式光纖動態(tài)應(yīng)變監(jiān)測領(lǐng)域針對應(yīng)變測量范圍與監(jiān)測實時性的研究已取得了初步進展。以色列特拉維夫大學(xué)Yair Peled等人提出斜率輔助式布里淵光時域分析技術(shù)（SA-BOTDA），最終以1m的空間分辨率在20m長光纖上實現(xiàn)了100Hz動態(tài)應(yīng)變的測量（Optics Express, 2013, 21(9):10697-10705）。為了擴展傳感距離，哈爾濱工業(yè)大學(xué)董永康教授團隊利用差分雙脈沖和二階邊帶調(diào)制（IEEE Photonics Journal, 2013, 5(3):2600407）、多重斜率輔助（Optics Express, 2016, 24(9):9781-9793）及頻率捷變（IEEEPhotonics Journal, 2017, 9(3):7102908.）等多項技術(shù)在短距離保偏光纖中實現(xiàn)了數(shù)十赫茲應(yīng)變的快速測量。同時西班牙納瓦拉大學(xué)A. Loayssa等人利用多頻率泵浦脈沖調(diào)整布里淵增益譜線性區(qū)（IEEE Photonics Journal, 2017, 9(3):6802710），拓展了應(yīng)變測量動態(tài)范圍；上海交通大學(xué)何祖源等人將布里淵增益與布里淵相位相融合，利用一個新參量布里淵相位-增益比來表征實現(xiàn)動態(tài)范圍的擴展（Journal of Lightwave Technology,2017, 35(20):4451-4458）。上述技術(shù)均采用布里淵光時域分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)將脈沖信號作為泵浦信號實現(xiàn)光纖沿線的定位傳感，優(yōu)點是測量距離較長，但受限于聲子壽命，該系統(tǒng)的空間分辨率較低，最高僅達亞米級，無法實現(xiàn)長距離與高分辨率兼顧的動態(tài)應(yīng)變測量。
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