[發明專利]基于混沌BOCDA的溫度與應變同時測量裝置及方法

有效

• 申請號: 201911377111.3
• 申請日: 2019-12-27
• 公開（公告）號: CN111141414B
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發明（設計）人: 張建忠;劉雙雙;張曉程;張明江;喬麗君;王濤;高少華;李健
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: G01K11/322
• 分類號: G01K11/322;G01B11/16
• 代理公司: 太原晉科知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 趙江艷

本發明屬于分布式光纖傳感系統領域，公開了一種基于混沌BOCDA的溫度與應變同時測量裝置，包括混沌激光器、光纖耦合器、第一偏振控制器、第一電光調制器、光延遲發生器、第一光放大器、光擾偏器、傳感光纖、第二偏振控制器、第二光放大器、信號發生器、第二電光調制器、第三光放大器、光環形器、濾波器、光電探測器、鎖相放大器、任意脈沖函數發生器、數據采集卡和計算單元。本發明利用混沌BOCDA系統在LEAF光纖中測得的布里淵增益譜具有多峰，且各峰隨溫度或應變發生布里淵頻移的線性系數不同的特性，在保證高空間分辨率的前提下，實現對溫度和應變的同時測量。

技術領域

本發明屬于分布式光纖傳感系統領域，具體涉及一種基于混沌BOCDA的溫度與應變同時測量裝置及方法，用于實現對溫度與應變的同時測量。

背景技術

光纖傳感技術是以光纖作為信號傳感與傳輸介質，與傳統傳感器相比，光纖具有體積小、靈敏度高、抗電磁干擾能力強等優勢，因而光纖傳感技術一經出現就引起了人們的重視，在國防、軍事、航天航空、計量測試等領域得到了廣泛的應用。

分布式光纖傳感系統主要包括基于瑞利散射效應、基于拉曼散射效應和基于布里淵散射效應三種傳感系統。其中，基于布里淵散射效應的分布式光纖傳感系統因其能夠實現光纖沿線不同位置處溫度和應變信息的測量，已經成為光纖傳感技術中最具潛力的發展方向。基于布里淵散射的光纖傳感系統分為光時域系統和光相干域系統。光時域系統包括布里淵光時域反射技術(BOTDR)和布里淵光時域分析技術(BOTDA)。時域系統在傳感距離方面有很大優勢，可以實現長距離傳感，但是受聲學聲子壽命的限制，空間分辨率很低，導致其應用范圍受限。光相干域系統包括布里淵光相干域反射技術(BOCDR)和布里淵光相干域分析技術(BOCDA)，光相干域系統的空間分辨率取決于光源的相干長度，可以實現高空間分辨率，但無法實現長距離傳感。

混沌激光作為一種低相干性的光源，被用于解決布里淵光相干域分布式光纖傳感技術中傳感距離和空間分辨率無法兼顧的問題。中國專利ZL201310045097.3和ZL201510531253.6提出了將混沌激光作為光源進行光纖傳感，成功解決了分布式光纖傳感系統中傳感距離與空間分辨率無法兼顧的問題，實現了長距離、超高空間分辨率的光纖傳感。但是，基于布里淵光相干域系統采用可變光延遲線實現傳感光纖沿線溫度或應變信息的測量，導致每次測量只能對光纖上某一點處的溫度或應變信息進行測量，無法實現光纖沿線信息的連續測量。混沌相關法定位的布里淵分布式光纖傳感裝置及方法(中國專利：ZL201610305960.8)通過記錄混沌探測光調制邊帶的調制頻率和探測光平均功率之間的對應關系來獲得布里淵增益譜，一種混沌布里淵光時域/相干域融合分析裝置及方法(中國專利：ZL201710848003.4)則是利用了脈沖調制的方法，兩個專利所提出的裝置和方法均在混沌激光作為光源的條件下實現了長距離傳感光纖溫度或應變的連續測量。由于布里淵頻移與溫度和應變具有同一的線性變化系數，無法根據布里淵頻移一個變量來同時獲得溫度和應變的測量。因此，同時測量溫度和應變信息成為目前混沌BOCDA系統發展面臨的一個瓶頸問題。基于混沌布里淵動態光柵的分布式光纖傳感系統(中國專利：ZL201611002982.3)利用混沌激光在保偏光纖中產生布里淵動態光柵的方法，實現對溫度和應變的同時檢測。但是利用混沌布里淵動態光柵實現溫度和應變同時測量的方法結構復雜，需要在傳感系統中具有產生布里淵動態光柵的裝置。而且，在保偏光纖中產生的布里淵動態光柵的有效光柵長度有限，難以在實際應用中得以推廣。因而有必要提出一種新的裝置和方法，來解決混沌激光在光纖傳感系統中同時測量溫度和應變的問題。

發明內容

本發明克服現有技術存在的不足，所要解決的技術問題為：提供一種基于混沌BOCDA的溫度與應變同時測量裝置及方法，以實現溫度與應變的同時測量。