[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

本發明涉及光纖傳感技術領域，具體涉及一種基于多芯光纖的多參量光纖傳感儀器和傳感方法，方法包括：在T1時刻開啟偏振和拉曼光源，關閉光纖光柵光源，利用拉曼光時域反射技術對多芯光纖中的第一纖芯進行傳感，利用偏振光技術對第一纖芯和第二纖芯進行傳感；在T2時刻開啟光纖光柵光源，關閉偏振和拉曼光源，利用光柵技術對多芯光纖中的第一纖芯進行傳感；將三種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擾動，并得到多芯光纖當前的溫度值、應變值和振動頻率值。本發明同時利用光纖光柵、拉曼和偏振光技術，實現了應變、溫度和振動的同時傳感，且通過波分復用和時分復用，僅需兩根纖芯即可滿足三種技術的準同步采集要求。

【技術領域】

本發明涉及光纖傳感技術領域，具體涉及一種基于多芯光纖的多參量光纖傳感儀器和傳感方法。

【背景技術】

多芯光纖是單個包層內包含多個纖芯的光纖，利用基于多芯光纖的空分復用技術，在光通信方面能夠實現更高密度的數據傳輸，在光傳感方面也同樣能拓展出新的使用方法。眾所周知，光纖傳感技術由于使用光纖作為傳感器，通常能夠實現光纖鏈路上每一個點的連續測量，且傳感距離可達數十公里。而除了與其它光纖傳感技術具有的共性優勢外，光纖傳感器還具有下述幾個特殊的優勢：空間結構優勢、參量補償優勢和信道集成的優勢。例如，多芯光纖的多個纖芯具有空間結構的優勢，因而借助于多個纖芯在一根光纖中的相對幾何位置與結構的差異，通過空間幾何結構的彎曲應變和扭轉應變能夠反演出光纖的曲率與扭率信息，從而通過重構就能夠實現空間彎曲與扭轉的三維形狀傳感；再比如，由于多芯光纖的多個纖芯被集成在一根數百微米的包層中，各點的環境溫度可視為近似相同，因此多個光纖芯子所構成的光路的變化也近似相同，就自動實現了多光路的溫度補償。

目前，力學參量方面，多芯光纖可用于彎曲、應變、加速度等的測量，其中最為廣泛的是用于彎曲傳感；多芯光纖在溫度傳感方面也有非常重要的應用，目前已有提出基于雙芯、七芯、十九芯等多芯光纖的溫度傳感方案；除此之外，還有折射率傳感方面的研究。

傳統的分布式光纖傳感技術主要有光纖光柵技術、光纖布里淵傳感技術、拉曼光時域反射技術、偏振光技術、偏振光時域反射技術、相位敏感光時域反射技術以及光頻域反射技等，通過對應的光纖傳感儀器，根據測量原理的不同可以利用光纖實現對不同物理量的測量，比如溫度、應變、振動等。然而，目前的光纖傳感儀器普遍都是基于單一測量原理的儀器，所測量的物理量單一，無法實現多物理量的同時測量，因此應用場景有限。另外，某些測量技術，比如光纖光柵技術或者光纖布里淵傳感技術，其測量結果對溫度和應變都有響應，在實際應用中很難進行區分，限制了使用。

例如，對于大部分有電纜鋪設的設備，一方面需要防止外力損壞電纜，另一方面需要監控電纜的工作狀態，因此需要可以同時測量并區分外力擾動和溫度。再例如，在橋梁監測和建筑監測領域，一方面需要能夠感應振動事件(如地震)，另一方面需要對火災等進行預警，因此需要可以同時測量振動和溫度。在以上這些應用場景下，利用傳統的光纖傳感技術是難以滿足使用需求的。

鑒于此，克服上述現有技術所存在的缺陷是本技術領域亟待解決的問題。

【發明內容】

本發明需要解決的技術問題是：

傳統的光纖傳感技術普遍是基于單一測量原理實現的，所測的物理量單一，無法實現多參量的同步傳感測量，應用場景有限；而對于測量結果對多個參量都有響應的傳感技術，在實際應用中又很難進行不同參量的區分和定量分析。

本發明通過如下技術方案達到上述目的：

第一方面，本發明提供了一種基于多芯光纖的多參量光纖傳感儀器，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；