[發明專利]基于噪聲匹配濾波的分布式光纖拉曼傳感裝置和方法

有效

• 申請號: 202011185111.6
• 申請日: 2020-10-29
• 公開（公告）號: CN112378432B
• 公開（公告）日: 2023-08-15
• 發明（設計）人: 李健;馮凱;周新新;張明江;張建忠;喬麗君;王濤;高少華
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353;G01K11/324;G01B11/16;G01L1/24
• 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領域，公開了一種基于噪聲匹配濾波的的分布式光纖傳感裝置及方法，裝置包括ASE噪聲激光器，ASE噪聲激光器發出噪聲激光信號經隔離器、聲光調制器后變成脈沖信號，然后經光纖耦合器分為兩束，其中一束作為探測光束經波分復用器后入射到傳感光纖，在傳感光纖中產生的背向噪聲瑞利散射光和噪聲拉曼反斯托克斯散射光被波分復用器分開后，分別被第一摻鉺光纖放大器和第二摻鉺光纖放大器放大后，分別被第一探測器和第二探測器探測，另一束作為參考光束被第三探測器探測；通過采集卡采集三個探測器的探測信號并發送至計算機。本發明可以達到更遠的傳感距離，不僅實現了溫度和應力的同時傳感，提高了系統的分辨率。

技術領域

本發明涉及分布式光纖傳感領域，具體是一種可以實現高空間分辨率的基于噪聲匹配濾波的的分布式光纖傳感裝置及方法。

背景技術

分布式光纖拉曼傳感系統可以連續測量傳感光纖沿線的分布式溫度特征信息。在分布式光纖拉曼傳感系統中，傳感光纖沿線的環境溫度可以對光纖中的拉曼散射光進行強度調制，系統通過采集這些攜帶著溫度信息的拉曼散射光，經過解調就可以得到傳感光纖沿線的溫度變化情況。分布式光纖拉曼傳感系統具有耐高壓、抗電磁干擾、體積小、重量輕等優點，因此被廣泛應用于煤礦、油氣管道、橋梁、建筑等溫度安全監測領域。

在分布式光纖拉曼傳感系統中，空間分辨率是一項主要的技術指標，可以反映測溫系統中能夠分辨光纖溫度變化的最小長度。目前，分布式光纖拉曼傳感系統是基于光時域反射(OTDR)技術進行定位，由于光源脈寬的限制，該方法中存在著空間分辨率及傳感距離無法兼顧的矛盾，其最優空間分辨率可以達到1m。此外，分布式光纖拉曼傳感系統只能監測光纖沿線的溫度變化情況，還無法實現光纖沿線應力和應變信息的提取。

基于此，有必要發明一種全新的分布式光纖傳感方法，以解決現有分布式光纖傳感系統無法同時對溫度和應變進行檢測，且空間分辨率受限于光源脈寬，其空間分辨率難以突破1m的技術難題。

發明內容

為了解決現有分布式光纖拉曼傳感系統空間分辨率受限于OTDR原理，導致其難以突破1m的技術難題，以及系統無法同時實現溫度和應變這兩個參量的連續分布式測量。本發明提出了一種基于噪聲匹配濾波的分布式光纖拉曼傳感方法，該方法可以對光纖沿線的溫度以及應變這兩種參量進行協同監測，最終實現光纖沿線的毫米量級空間分辨率測量。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：一種基于噪聲匹配濾波的分布式光纖拉曼傳感裝置，包括ASE噪聲激光器(1)，隔離器(2)，聲光調制器(3)，光纖耦合器(5)，波分復用器(6)，傳感光纖(7)，第一摻鉺光纖放大器(8)，第一光電探測器(9)，第二摻鉺光纖放大器(10)，第二光電探測器(11)，第三光電探測器(12)，采集卡(13)和計算機(14)；

所述ASE噪聲激光器(1)發出噪聲激光信號經隔離器(2)、聲光調制器(3)后變成脈沖信號，然后經光纖耦合器(5)分為兩束，其中一束作為探測光束經波分復用器(6)后入射到傳感光纖(7)，在傳感光纖(7)中產生的背向噪聲瑞利散射光和噪聲拉曼反斯托克斯散射光被波分復用器(6)分開后，分別被第一摻鉺光纖放大器(8)和第二摻鉺光纖放大器(10)放大后，分別被第一探測器和第二探測器探測，另一束作為參考光束被第三探測器探測；通過采集卡采集三個探測器的探測信號并發送至所述計算機。

所述的一種基于噪聲匹配濾波的分布式光纖拉曼傳感裝置，還包括脈沖信號發生器(4)，所述脈沖信號發生器(4)用于驅動所述聲光調制器(3)，將所述ASE噪聲激光器(1)發出的激光信號調制成脈沖激光信號。

所述計算機用于根據第一光電探測器(9)，第二光電探測器(11)和第三光電探測器(12)的探測信號解調得到傳感光纖(7)沿線的溫度信息和應變信息。

本發明還提供了一種基于噪聲匹配濾波的分布式光纖拉曼傳感方法，包括以下步驟：