[發明專利]光纖分布式動靜態參量同時傳感測量的裝置及方法

有效

• 申請號: 201811003427.1
• 申請日: 2018-08-30
• 公開（公告）號: CN109238355B
• 公開（公告）日: 2020-08-25
• 發明（設計）人: 唐健冠;梅志輝;甘維兵;郭會勇;南秋明;張翠;鄧艷芳;楊明紅
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02;G01K11/32;G01H9/00;G01B11/16
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 許美紅

本發明公開了一種光纖分布式動靜態參量同時傳感測量的裝置及方法，其中裝置包括：寬帶光源和窄帶DFB激光源，通過波長復用器與擾偏器連接；光/聲光調制器，與擾偏器連接；調制器驅動模塊，與電光/聲光調制器連接；鉺光纖放大器EDFA，與電光/聲光調制器連接；第一環形器，第二環形器，第三環形器，耦合器，數據采集與信號處理模塊與四個光電探測器連接，用于采集信號并進行相位解調，實現對窄帶弱光柵陣列的準靜態測量以及寬帶啁啾弱光柵陣列的動態傳感測量。本發明可實現光纖分布式動靜態參量同時傳感測量。

技術領域

本發明涉及光纖傳感技術領域，尤其涉及一種光纖分布式動靜態參量同時傳感測量的裝置及方法。

背景技術

光纖傳感技術對比電傳感器擁有很多良好的優點。面對物聯網產業高速發展的巨大需求，光纖傳感技術正面臨著新的機遇和挑戰，但存在光纖傳感需求的多樣性與光纖傳感功能單一性之間的矛盾。在油氣井開采與探測、油氣管線、橋梁、大型管廊等，若能對動態和靜態信號同時進行監測，則可大大減少監控系統的成本，并提高監測的有效性和可靠性。

基于光背向散射技術傳感，可用來測量溫度、應變等準靜態物理量，如布里淵散射技術能夠分布式測量溫度或者應變；另外一種是使用光纖中的干涉效應來測量振動等動態信號，如基于瑞利散射光偏振效應、C-OTDR、Sagnac干涉和Mach-Zehnder干涉，此類技術利用光纖中光波的相位或偏振信息，對快速變化的動態信號非常敏感，但不能測量準靜態的溫度/應變參量。部分學者利用拉曼散射或布里淵散射與Φ-OTDR融合實現了動態與靜態傳感信號的分布式解調，但是系統信噪比差，系統成本高。

發明專利CN 20151011446.0發明了一種在線制備光纖光柵系統，在線制備FBG陣列是指在光纖拉制的過程中，利用準分子激光器的輸出單脈沖激光能量直接刻寫低反射率的光纖光柵陣列技術，然后再進行二次涂覆，形成大容量低反射率的弱光柵傳感陣列，這種制備技術生產效率高，因而成本大大降低，工藝靈活，涂層均勻，并且光柵陣列無焊點，光纖傳輸損耗低，抗機械拉力強度與光纖一樣，工程施工方便，通常使用時分復用與波分復用技術進行對FBG波長解調，相對于普通的高反射率的波分復用系統，這種方法的復用容量大大增加了傳感器的數量，形成大容量的光纖傳感系統。武漢理工大學在動態連續制備光纖光柵陣列技術已經成熟，并發表在Chinese Optics Letters.2013,11(3):030602。發明專利CN201710744196.9發明了一種在線拉絲狀態下，自動快速切換相位掩膜版刻寫多波長的弱光柵陣列裝置與方法。發明專利CN201710122717.7發明了一種精確控制光柵間距，實現在線刻寫振動傳感弱光柵陣列的裝置與方法。

發明內容

針對目前同時實現分布式靜態信號與動態信號監測的難點，本發明利用在線連續制備大容量弱光柵陣列，實現一種監測準靜態、動態測量傳感陣列的裝置與方法，監測精度高，系統成本低。

本發明所采用的技術方案是：

提供一種光纖分布式動靜態參量同時傳感測量的裝置，其特征在于，包括：

寬帶光源和窄帶DFB激光源，通過波長復用器與擾偏器連接；

電光/聲光調制器，與擾偏器連接；

調制器驅動模塊，與電光/聲光調制器連接；

摻鉺光纖放大器EDFA，與電光/聲光調制器連接；

第一環形器，其第一端口與摻鉺光纖放大器EDFA連接，第二端口與傳感光纖連接，該傳感光纖上間隔設有窄帶弱光柵陣列和寬帶啁啾弱光柵陣列，且兩個光柵陣列反射頻譜不重疊；

第二環形器，其第一端口與第一環形器的第三端口連接，其第二端口與高反射率的啁啾光柵連接，高反射率的啁啾光柵通過色散補償光纖與第一光電探測器連接；該高反射率的啁啾光柵的帶寬大于單模光纖上的寬帶啁啾弱光柵陣列的帶寬，并且中心波長一致；