[發(fā)明專利]一種基于雙波長(zhǎng)雙脈沖光源的準(zhǔn)分布式傳感裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110917251.6
• 申請(qǐng)日: 2021-08-11
• 公開（公告）號(hào): CN113639774B
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 歐中華;范瀟東;吳海洲;周強(qiáng);劉永
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01D5/353
• 分類號(hào): G01D5/353
• 代理公司: 成都弘毅天承知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51230
• 代理人: 朱丹

本發(fā)明公開了一種基于雙波長(zhǎng)雙脈沖光源的準(zhǔn)分布式傳感裝置，屬于光纖光柵信號(hào)解調(diào)領(lǐng)域，具體涉及一種基于雙波長(zhǎng)雙脈沖光源的準(zhǔn)分布式傳感裝置，包括雙波長(zhǎng)雙脈沖光源、準(zhǔn)分布式傳感單元和信號(hào)探測(cè)與解調(diào)單元；所述的雙波長(zhǎng)雙脈沖光源輸出的具有相同強(qiáng)度波動(dòng)的雙波長(zhǎng)脈沖光輸入到準(zhǔn)分布式傳感單元，準(zhǔn)分布式傳感單元和信號(hào)探測(cè)與解調(diào)連接。本發(fā)明避免了傳統(tǒng)方法中光源強(qiáng)度波動(dòng)和波長(zhǎng)切換過(guò)程的影響，降低了對(duì)光源穩(wěn)定性的要求，同時(shí)具有分布式傳感器空間定位準(zhǔn)確和波長(zhǎng)分辨率高的特點(diǎn)，而且便于實(shí)施時(shí)分復(fù)用/波分復(fù)用傳感系統(tǒng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光纖光柵信號(hào)解調(diào)領(lǐng)域，涉及一種基于雙波長(zhǎng)雙脈沖光源的準(zhǔn)分布式傳感裝置。

背景技術(shù)

光纖光柵傳感技術(shù)光纖光柵傳感器是應(yīng)用最廣泛的光纖波長(zhǎng)調(diào)制傳感器之一，具有抗電磁干擾能力、電絕緣性能好、耐腐蝕、靈敏度高、傳輸容量大等優(yōu)點(diǎn)，在結(jié)構(gòu)安全測(cè)量中有著廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的光纖光柵傳感系統(tǒng)是通過(guò)掃描波長(zhǎng)的方式獲取光纖光柵的最大反射率處的波長(zhǎng)，需要使用額外的光學(xué)器件，如可調(diào)諧濾波器和可調(diào)諧激光器，同時(shí)要求每個(gè)傳感光纖光柵的光譜不重疊，需要更大光譜范圍的可調(diào)諧濾波器或可調(diào)諧激光器，但是價(jià)格昂貴且不宜便攜。目前，利用雙波長(zhǎng)脈沖的光纖光柵解調(diào)方法已經(jīng)被實(shí)現(xiàn)，這種方法可以串聯(lián)更多的相同中心波長(zhǎng)的光纖光柵傳感器。但是，該方法仍然使用一個(gè)可調(diào)諧激光器作為光源對(duì)光纖光柵的中心波長(zhǎng)進(jìn)行解調(diào)，激光器的強(qiáng)度波動(dòng)和波長(zhǎng)切換過(guò)程會(huì)引入額外的測(cè)量誤差，降低了光纖光柵的中心波長(zhǎng)解調(diào)精度，并且難以同時(shí)實(shí)現(xiàn)時(shí)分復(fù)用和波分復(fù)用光纖光柵傳感系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于：提供了一種基于雙波長(zhǎng)雙脈沖光源的準(zhǔn)分布式傳感裝置，用于同時(shí)實(shí)現(xiàn)高空間分辨率和高波長(zhǎng)分辨率的光纖光柵解調(diào)。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種基于雙波長(zhǎng)雙脈沖光源的準(zhǔn)分布式傳感裝置，包括雙波長(zhǎng)雙脈沖光源，雙波長(zhǎng)雙脈沖光源輸出的具有相同強(qiáng)度波動(dòng)的雙波長(zhǎng)脈沖光輸入到準(zhǔn)分布式傳感單元，準(zhǔn)分布式傳感單元對(duì)不同空間位置處的環(huán)境物理量變化轉(zhuǎn)化為光纖光柵的反射光強(qiáng)變化并輸出信號(hào)；準(zhǔn)分布式傳感單元的輸出信號(hào)通過(guò)信號(hào)探測(cè)與解調(diào)單元進(jìn)行探測(cè)與解調(diào)，從而獲得環(huán)境物理量的變化。

進(jìn)一步地，所述雙波長(zhǎng)雙脈沖光源包括激光器、可調(diào)衰減器、起偏器、偏振控制器、偏振分束器、電光相位調(diào)制器、1*2耦合器；

所述的激光器的輸出光為皮秒脈沖光，且輸出光的中心波長(zhǎng)位于光纖光柵傳感器陣列的反射譜內(nèi)；所述激光器采用內(nèi)調(diào)制或外調(diào)制的分布式反饋激光器、光纖激光器或鎖模激光器。

所述起偏器、偏振控制器和偏振分束器用于從一束脈沖光中分出兩束具有相同強(qiáng)度波動(dòng)的雙脈沖光；

所述電光相位調(diào)制器用于調(diào)制入射光波長(zhǎng)，電光相位調(diào)制器由一個(gè)外部電路控制，并與激光器的輸出脈沖光同步。

進(jìn)一步地，所述激光器輸出的皮秒脈沖光經(jīng)偏振分束器分成兩束脈沖光，其中一束脈沖經(jīng)長(zhǎng)度為L(zhǎng)的延遲光纖后產(chǎn)生時(shí)延ΔT為公式一：

n為光纖折射率，c為光在真空中的折射率。另一束脈沖光經(jīng)電光相位調(diào)制器后，將產(chǎn)生相位變化為公式二：

其中，v₀入射光的中心頻率，γ為斜坡信號(hào)的斜率，V_π為調(diào)制器的半波電壓，為初始相位，t為入射光的傳播時(shí)間，通過(guò)對(duì)公式二取微分，得到脈沖光的頻率變化Δv為公式三：

進(jìn)一步，波長(zhǎng)為λ的脈沖光的中心波長(zhǎng)變化量Δλ為公式四：

進(jìn)一步，經(jīng)延遲光纖與電光相位調(diào)制器輸出光信號(hào)通過(guò)光耦合器合束后，形成波長(zhǎng)差Δλ與時(shí)間差ΔT的雙波長(zhǎng)雙脈沖光。