[發明專利]一種基于多芯光纖的多參量光纖傳感儀器和傳感方法

有效

• 申請號: 201910764600.8
• 申請日: 2019-08-19
• 公開（公告）號: CN110440838B
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發明（設計）人: 馮謙;歐進萍;唐明;梁亞斌;張作才
• 申請（專利權）人: 武漢地震工程研究院有限公司
• 主分類號: G01D5/26
• 分類號: G01D5/26
• 代理公司: 深圳市六加知識產權代理有限公司 44372
• 代理人: 向彬

1.一種基于多芯光纖的多參量光纖傳感儀器，其特征在于，包括光柵解調儀、拉曼測溫儀、偏振分析儀和處理器；其中，在光柵解調儀、拉曼測溫儀和偏振分析儀三個設備中，所述拉曼測溫儀和所述偏振分析儀之間為波分復用，所述光柵解調儀與其余兩個設備之間為時分復用；

所述光柵解調儀、所述拉曼測溫儀和所述偏振分析儀均通過第一光纖接口(b1)外接多芯光纖中第一纖芯(a1)的前端，所述偏振分析儀還通過第二光纖接口(b2)外接多芯光纖中第二纖芯(a2)的前端，所述第一纖芯(a1)的末端和所述第二纖芯(a2)的末端相連接；

所述處理器分別與所述光柵解調儀、拉曼測溫儀和偏振分析儀三個儀器連接，用于對三個設備采集的數據進行綜合分析處理，判斷整條光纖鏈路上是否有擾動，并得到多芯光纖當前的溫度值、應變值和振動頻率值。

2.根據權利要求1所述的基于多芯光纖的多參量光纖傳感儀器，其特征在于，多參量光纖傳感儀器還包括同步觸發電路，所述同步觸發電路分別與所述光柵解調儀、所述拉曼測溫儀和所述偏振分析儀三個設備連接，用于觸發特定時刻的設備同步進行光脈沖發射和數據采集。

3.一種基于多芯光纖的多參量光纖傳感儀器，其特征在于，包括拉曼光源、偏振光源、光纖光柵光源、起偏器、耦合器、環形器、分光器、檢偏器、偏振光探測器、stokes光探測器、anti-stokes光探測器、光柵解調裝置、采集卡和處理器；其中，在三個光源中，所述拉曼光源和所述偏振光源發射后產生的待探測信號分布在不同波段，通過波分解復用技術解復用后分別探測，所述光纖光柵光源與其余兩個光源之間為時分復用；

所述拉曼光源、所述偏振光源、所述光纖光柵光源分別與所述耦合器連接，所述耦合器、所述環形器、所述檢偏器和所述偏振光探測器順次連接；所述環形器還與所述分光器連接，所述分光器分別與所述光柵解調裝置、stokes光探測器和anti-stokes光探測器連接，所述光柵解調裝置、stokes光探測器、anti-stokes光探測器和偏振光探測器分別與所述采集卡連接，所述采集卡與所述處理器連接；

所述環形器通過第一光纖接口(b1)外接多芯光纖中第一纖芯(a1)的前端，所述檢偏器通過第二光纖接口(b2)外接多芯光纖中第二纖芯(a2)的前端，所述第一纖芯(a1)的末端和所述第二纖芯(a2)的末端相連接；

其中，所述處理器用于對所述采集卡采集的數據進行綜合分析處理，判斷整條光纖鏈路上是否有擾動，并得到多芯光纖當前的溫度值、應變值和振動頻率值。

4.根據權利要求3所述的基于多芯光纖的多參量光纖傳感儀器，其特征在于，多參量光纖傳感儀器還包括同步觸發電路，所述同步觸發電路分別與所述拉曼光源、偏振光源和所述采集卡連接，用于觸發所述拉曼光源和所述偏振光源進行光脈沖發射，以及觸發所述采集卡進行數據采集，保持光脈沖發射和數據采集的同步。

5.一種基于多芯光纖的多參量光纖傳感方法，其特征在于，包括：

在T1時刻開啟偏振光源和拉曼光源，關閉光纖光柵光源，以便利用拉曼光時域反射技術對多芯光纖中的第一纖芯(a1)進行傳感測量，利用偏振光技術對多芯光纖中的第一纖芯(a1)和第二纖芯(a2)進行傳感測量；

在T2時刻開啟光纖光柵光源，關閉偏振光源和拉曼光源，以便利用光柵技術對多芯光纖中的第一纖芯(a1)進行傳感測量；

將拉曼光時域反射技術、偏振光技術和光纖光柵技術采集的數據進行綜合處理，確定整條光纖鏈路上是否有振動或應變，并得到多芯光纖當前的溫度值、應變值和振動頻率值。

6.根據權利要求5所述的基于多芯光纖的多參量光纖傳感方法，其特征在于，利用光柵技術對多芯光纖中的第一纖芯(a1)進行傳感測量后，得到多芯光纖中光纖布拉格光柵的波長變化量Δλ_B；

利用拉曼光時域反射技術對多芯光纖中的第一纖芯(a1)進行傳感測量后，得到多芯光纖中斯托克斯散射光的光通量ψ_s(T)和反斯托克斯散射光光通量ψ_as(T)；

利用偏振光技術對多芯光纖中的第一纖芯(a1)和第二纖芯(a2)進行傳感測量后，得到多芯光纖中光強的變化情況，并進行振動頻率的提取。