[發(fā)明專利]一種基于瑞利與布里淵散射融合的分布式光纖傳感系統(tǒng)

在審

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• 申請日: 2021-02-26
• 公開（公告）號: CN113008281A
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發(fā)明（設計）人: 孫維;張建鑫;孫中光;王璇;戴書球;鐘宇;李勇;張宇;梁帥;譚一川;羅劍
• 申請（專利權）人: 中煤科工集團重慶研究院有限公司;中煤科工集團重慶智慧城市科技研究院有限公司
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353
• 代理公司: 重慶強大凱創(chuàng)專利代理事務所(普通合伙) 50217
• 代理人: 陳家輝

本發(fā)明涉及分布式光纖傳感技術領域，具體涉及一種基于瑞利與布里淵散射融合的分布式光纖傳感系統(tǒng)，包括：光源，用于產(chǎn)生并輸出探測光信號和本振光信號；光源包括光纖光錐，光纖光錐由若干根數(shù)的光纖熔融拉制而成；調制單元，用于接收探測光信號調制生成脈沖光；相干檢測單元，用于將本振光信號和背向反射信號進行混頻，得到光外差電信號；瑞利解調單元，用于根據(jù)瑞利散射信號解調得到光纖沿線的反射、衰減及振動信息；布里淵解調單元，用于根據(jù)布里淵散射信號解調得到待測光纖的應力和溫度信息。本發(fā)明在光源中設計光纖光錐，能夠有效地提高光源的輸出功率密度。

技術領域

本發(fā)明涉及分布式光纖傳感技術領域，具體涉及一種基于瑞利與布里淵散射融合的分布式光纖傳感系統(tǒng)。

背景技術

就當前的光纖傳感技術而言，主要分為點式傳感和分布式傳感，前者僅適用于監(jiān)測有限個數(shù)的關鍵位置，當需要監(jiān)測的位置增加時，所需傳感單元的數(shù)量、成本和技術難度將明顯增加；后者將光纖沿線中的每一點均視為一個傳感單元，而每一點的大小(也即空間分辨率)由輸入的探測光信號決定，可在相對較低的成本條件下極大提升光纖沿線傳感單元的數(shù)量。目前在分布式光纖傳感領域，光時域反射技術、光時域分析技術、光頻域分析技術是常用技術，但每種技術對應的光纖傳感參量較少，難以對多種環(huán)境參量進行監(jiān)測。

對此，中國專利CN111486881A公開了一種分布式光纖多參量傳感裝置，包括：光路單元，用于產(chǎn)生并輸出探測光信號和本振光信號；調制單元，用于接收探測光信號調制生成脈沖光，將脈沖光輸出至待測光纖中；相干檢測單元，用于接收本振光信號及待測光纖根據(jù)瑞利散射及布里淵散射效應生成的背向反射信號，將本振光信號和背向反射信號進行混頻，得到光外差電信號；瑞利解調單元，用于接收光外差電信號濾波得到瑞利散射信號，根據(jù)瑞利散射信號解調得到光纖沿線的反射、衰減及振動信息；布里淵解調單元，用于接收光外差電信號濾波得到布里淵散射信號，根據(jù)布里淵散射信號解調得到待測光纖的應力和溫度信息。

在上述技術方案中，能夠同時實現(xiàn)包括光纖反射、衰減、振動、溫度及應力等物理量在內的多參量融合傳感，但是這必須保證光源的功率大、亮度高且光束質量好。為了提高光源的功率，普遍采用非相干光束合成技術，比如說采用光纖束對二極管激光器陣列進行合束，當耦合的二極管激光器個數(shù)較多時，雖然可以提高光源的功率，但由于光纖的數(shù)量也較多，使得輸出光斑的面積較大，從而使得功率密度降低。

發(fā)明內容

本發(fā)明提供一種基于瑞利與布里淵散射融合的分布式光纖傳感系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有的光纖傳感系統(tǒng)由于光源的輸出功率密度低而難以同時實現(xiàn)多參量融合傳感的技術問題。

本發(fā)明提供的基礎方案為：一種基于瑞利與布里淵散射融合的分布式光纖傳感系統(tǒng)，包括：

光源，用于產(chǎn)生并輸出探測光信號和本振光信號；光源包括光纖光錐，光纖光錐由若干根數(shù)的光纖熔融拉制而成；光纖光錐包括大端和小端，大端帶有散尾纖，散尾纖的每根光纖通過連接器連接有帶有準直透鏡組合的激光器；

調制單元，用于接收探測光信號調制生成脈沖光，將脈沖光輸出至待測光纖中；

相干檢測單元，用于接收本振光信號及待測光纖根據(jù)瑞利散射及布里淵散射效應生成的背向反射信號，將本振光信號和背向反射信號進行混頻，得到光外差電信號；

瑞利解調單元，用于接收光外差電信號濾波得到瑞利散射信號，根據(jù)瑞利散射信號解調得到光纖沿線的反射、衰減及振動信息；

布里淵解調單元，用于接收光外差電信號濾波得到布里淵散射信號，根據(jù)布里淵散射信號解調得到待測光纖的應力和溫度信息。