[發明專利]一種溫度和振動同時測量的融合型分布式光纖傳感系統及方法

有效

• 申請號: 202011367969.4
• 申請日: 2020-11-27
• 公開（公告）號: CN112697180B
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發明（設計）人: 王峰;周霄;李時宜;袁新宇;張旭萍;張益昕
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 羅運紅

1.一種實現溫度和振動同時測量的方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：

步驟一、激光經過第一耦合器分成兩路：一路作為初始探測光輸出至電光調制器，一路作為初始本振光輸出至第二耦合器；

步驟二、通過設置外部調制信號驅動，電光調制器把激光調制后由光纖放大器實現功率放大，放大后通過環形器的第一端口進入傳感光纖，并產生背向散射光返回至環形器的第二端口；

步驟三、第一耦合器輸出的初始本振光經過第二耦合器分成兩路：一路作為參與背向布里淵散射外差探測的本振光輸出至擾偏器，一路作為參與背向瑞利散射外差探測的本振光輸出至聲光調制器；

步驟四、擾偏器將輸入的該路本振光偏振態打亂，降低了偏振相關噪聲對溫度測量的影響，并輸出至第四耦合器的50％一路；

步驟六、聲光調制器給輸入的該路本振光引入了預設的頻移，并輸出至第五耦合器的50％一路；

步驟七、環形器第三端口輸出的背向散射光經過第三耦合器分成兩路：一路與擾偏器輸出的本振光在第四耦合器中發生混頻，產生的相干布里淵散射光被第一探測器所接收，轉換為電信號；一路與聲光調制器輸出的本振光在第五耦合器中發生混頻，產生的相干瑞利散射光被第二探測器所接收，轉換為電信號；

步驟七、調節微波源產生微波信號，與第一探測器輸出的布里淵散射電信號共同進入混頻器中發生混頻，產生中頻信號，繼而由低噪放大器實現功率放大，再通過帶通濾波器進行濾波后輸出至數據采集卡中，得到布里淵散射信號對應的原始數據；

步驟八、第二探測器輸出的相干拉曼散射信號同樣送入上述數據采集卡中，得到拉曼散射信號對應的原始數據；

步驟九、對步驟七中得到的原始數據進行累加并求平均，繼而使用洛倫茲擬合算法得到光纖沿線對應各個位置的布里淵頻移，再根據布里淵頻移的變化量計算出外界溫度的變化量；

步驟十、對步驟八中得到的原始數據進行IQ解調，得到初始的相位信號，再通過相位展開算法對初始的相位信號進行相位解纏繞，得到光纖各個位置的相位展開信號；再對該相位展開信號進行傅里葉變換，得到各個位置振動的幅度和頻率信息。

2.根據權利要求1所述的一種實現溫度和振動同時測量的方法，其特征在于，步驟九中的外界穩定的變化量計算方法如下：

△ν_b＝ν_B-ν_B0＝C_T*△T

其中，△ν_b是布里淵頻移的變化量，ν_B和ν_B0分別是光纖沿線的外部溫度變化前后的布里淵頻移，C_T是溫度-頻移系數，△T是溫度的變化量。

3.根據權利要求1或2所述的一種實現溫度和振動同時測量的方法，其特征在于，所述第一耦合器的耦合比為90:10，90％作為布里淵外差探測的本振光輸出第三耦合器，10％作為瑞利外差探測的本振光輸出至第四耦合器。

4.根據權利要求1或2所述的一種實現溫度和振動同時測量的方法，其特征在于，所述第二耦合器的耦合比采用90:10，90％作為布里淵外差探測的散射光輸出第三耦合器，10％作為瑞利外差探測的散射光輸出至第四耦合器。

5.根據權利要求1或2所述的一種實現溫度和振動同時測量的方法，其特征在于，第三耦合器和第四耦合器的耦合比均為50:50。