[發明專利]基于二級布里淵散射的高靈敏傳感裝置及方法

有效

• 申請號: 202110473650.8
• 申請日: 2021-04-29
• 公開（公告）號: CN113091783B
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 王濤;陳歡;張倩;張明江;張建忠;喬麗君;高少華;趙婕茹;劉靖陽
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353;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技術領域，公開了一種基于二級布里淵散射的高靈敏傳感裝置及方法，方法包括以下步驟：將同一激光器輸出的窄線寬激光信號分為兩路；一路光信號作為參考光信號，第二路光信號作為傳感光；使參考光進入參考光纖并發生自發布里淵散射，將產生的布里淵后向散射參考光重新反向輸入參考光纖中使其再次發生布里淵散射并輸出二級布里淵后向散射參考光；另一路作為傳感光，將傳感光調制成為脈沖光后，進入傳感光纖，將產生的布里淵后向散射傳感光通過第二調制器重新進行脈沖調制后再次反向輸入傳感光纖并輸出二級布里淵后向散射傳感光；采集并分析拍頻信號，解調傳感光纖中的溫度/應變信息。本發明可有效提高系統的測量精度。

技術領域

本發明屬于分布式光纖傳感系統技術領域，具體涉及一種基于二級布里淵散射的高靈敏傳感裝置及方法。

背景技術

與傳統的傳感系統相比分布式光纖傳感具有重量輕，耐腐蝕，抗電磁干擾等優勢，光纖本身既作為傳感器，又作為信號的傳輸媒介可以實現連續性、長距離的傳感。由光纖組成的傳感網可以實現大面積的傳感測量。在輸油管道以及大型建筑的結構健康監測方面應用具有顯著優勢?；诓祭餃Y散射的分布式光纖傳感技術，利用布里淵頻移與溫度、應變的線性關系，可以實現高精度的溫度，應變測量。目前利用布里淵散射的光纖傳感系統有布里淵光時域反射技術（BOTDR），布里淵光時域分析技術（BOTDA），布里淵光頻域分析（BOFDA），布里淵光相關域分析（BOCDA）。

布里淵光時域反射技術在提高布里淵頻移量的測量精度方面，研究人員提出了提出了基于光源線寬優化的掃頻式 BOTDR（FS-BOTDR）測量精度改善方法。研究發現，在一定范圍內，FS-BOTDR測量精度隨光源線寬變窄而提升，參見：白清.BOTDR系統性能提升關鍵技術研究[D].山西:太原理工大學,2019.一；但線寬過窄時會加劇相干瑞利噪聲，使得布里淵頻移（BFS）測量精度下降。此外，有人發現，通過對比不同線寬下的BFS精度可以確定最優線寬。還有人在布里淵光時域分析技術中采用差分脈寬對法（Xiaoyi Bao and Liang Chen.Recent Progress in Brillouin Scattering Based Fiber Sensors [J]. Sensors,2011, 11: 4152-4187）在2km的傳感距離上實現了2cm的空間分辨率和2℃的溫度分辨率，以及通過利用受激布里淵散射過程中的增益和損耗效應級聯（金重九.布里淵高精度分布式光纖傳感系統優化與實現[D].上海:上海交通大學,2013.），在布里淵光相關域分析中，提高布里淵凈增益。

現有的布里淵傳感技術全都是基于一級布里淵散射的傳感裝置，由于一級布里淵散射本身存在的特性，上述方法雖然能提高利用布里淵頻移量進行測量的測量精度，但受限于一級布里淵散射信號的靈敏度，測量精度難以達到更高的要求。

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：提供一種基于二級布里淵散射的高靈敏傳感裝置，用于提高布里淵頻移量的測量精度，進而提高整個系統的性能。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：一種基于二級布里淵散射的高靈敏傳感方法，包括以下步驟：

S1、將同一激光器輸出的窄線寬激光信號分為兩路；

S2、其中一路光信號作為參考光信號，第二路光信號作為傳感光；使參考光進入參考光纖并在參考光纖中發生自發布里淵散射，將產生的布里淵后向散射參考光重新反向輸入參考光纖中使其再次發生布里淵散射，將產生的二級布里淵后向散射參考光輸出；另一路信號作為傳感光，通過第一調制器傳感光調制成為脈沖光后，使脈沖傳感光進入傳感光纖并在傳感光纖中發生自發布里淵散射，將產生的布里淵后向散射傳感光通過第二調制器重新進行脈沖調制后再次反向輸入傳感光纖中使其再次發生布里淵散射，將產生的二級自發布里淵后向散射傳感光輸出；

S3、將步驟S2輸出的二級布里淵后向散射參考光和二級自發布里淵后向散射傳感光進行拍頻，采集并分析拍頻信號，解調傳感光纖中的溫度/應變信息。