一种基于非对称双芯光纤的分布式双参量传感装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种基于非对称双芯光纤的分布式双参量传感装置。本实用新型专利技术包括脉冲激光器、非对称双芯光纤，其中非对称双芯光纤的一个纤芯为多模光纤纤芯，另外一个纤芯为单模光纤纤芯；单频窄线宽激光器；电光调制器和数据处理中心。本实用新型专利技术利用非对称双芯光纤中的多模纤芯适合后向拉曼散射光的传播而单模纤芯适合后向瑞利散射传播的特点，实现分布式温度和振动双参量的传感，具有结构简单可操作性强等特点。

A distributed dual parameter sensing device based on asymmetric twin core optical fiber

The utility model discloses a distributed dual parameter sensing device based on asymmetric double core optical fiber. The utility model comprises a pulse laser and an asymmetric dual-core fiber, in which one core of the asymmetric dual-core fiber is a multi-mode fiber core, the other core is a single-mode fiber core, a single-frequency narrow linewidth laser, an electro-optic modulator and a data processing center. The utility model utilizes the characteristics that the multi-mode core in the asymmetric dual-core fiber is suitable for the propagation of backward Raman scattering light and the single-mode core is suitable for the propagation of backward Rayleigh scattering light, realizes the distributed temperature and vibration dual-parameter sensing, and has the characteristics of simple structure and strong operability.

【技术实现步骤摘要】
一种基于非对称双芯光纤的分布式双参量传感装置
本技术属于光纤传感领域，涉及了一种基于非对称双芯光纤来实现温度和振动双参量的分布式传感装置。
技术介绍
分布式光纤传感技术由于其具有抗电磁干扰、耐腐蚀、耐高温、测量范围广以及全光无电等特点已经被广泛地应用于工业测量和生产等领域，其中对于温度和振动的双参量传感是研究人员近年来极为关注的，特别是在一些重要的场合中，例如铁路修建、国防工业以及石油管道等方面。目前比较成熟的分布式光纤传感技术主要包括：1、基于干涉仪原理的分布式光纤传感技术(例如Mach-Zehnder)，这种传感器的参考臂容易受到外界的干扰使得其具有性能不稳定，定位距离短等缺点。2、传统的分布式光纤拉曼传感器，这种传感器是利用光在光纤中传输时产生的拉曼散射信号对温度敏感而实现的，缺点是不能应用与振动方面。基于非对称双芯光纤的分布式双参量传感器是除了基于干涉仪原理的分布式光纤传感器和传统的分布式光纤拉曼温度传感器以外的另外一种分布式光纤传感器。这种传感器不仅可以同时实现温度和振动的在线测量还可以避免温度和振动的交叉影响。因此，专利技术一种结构简单、可以同时测量温度和振动的传感装置具有重要意义。
技术实现思路
本技术针对现有技术的不足，提出了一种基于双芯光纤的分布式双参量传感装置。本技术包括一个输出波长为1550nm的脉冲激光器、一个四端口波分复用器、一个三端口的合束器、一段长度为L的非对称双芯光纤，其中非对称双芯光纤的一个纤芯为多模光纤纤芯，另外一个纤芯为单模光纤纤芯；三个PD探头、一个波长为1550nm的单频窄线宽激光器、一个电光调制器、一个掺铒光纤放大器、一个光环行器和一个数据处理中心。波长为1550nm的脉冲激光器的输出端口与波分复用器的第一端口连接；波分复用器的第四端口与合束器的第一端口连接；合束器的第二端口与长度为L的非对称双芯光纤连接；波长为1550nm的单频窄线宽激光器的输出端口与电光调制器的输入端口连接，电光调制器的输出端口与掺铒光纤放大器的输入端口连接；掺铒光纤放大器的输出端口与光环行器的第一端口连接；光环行器的第二端口与合束器的第三端口连接；环行器的第三端口、波分复用器的第二端口和第三端口分别与三个PD探头连接；三个PD探头与数据处理中心连接。本技术主要适用于长距离的分布式温度和振动双参量传感，利用非对称双芯光纤中的多模纤芯适合后向拉曼散射光的传播而单模纤芯适合后向瑞利散射传播的特点，实现分布式温度和振动双参量的传感，具有结构简单可操作性强等特点。附图说明图1为本技术的结构图；图2为非对称双芯光纤的结构图；图3为非对称双芯光纤的截面图。具体实施方式以下结合附图对本技术作进一步说明。如图1所示，本技术包括一个输出波长为1550nm的脉冲激光器1；一个四端口波分复用器(WDM)2；一个三端口的合束器3、一段长度为20km的非对称双芯光纤4，其中非对称双芯光纤的一个纤芯为多模光纤，纤芯直径为62.5μm，另外一个纤芯为单模光纤，纤芯直径为8μm；一个波长为1550nm的单频窄线宽激光器5；一个电光调制器6；一个掺铒光纤放大器(EDFA)7；一个光环行器8；三个PD探头9、10、11；一个数据处理中心12。将波长为1550nm的脉冲激光器1的输出端口与波分复用器2的1端口光纤连接；将波分复用器2的4端口光纤与合束器3的1端口光纤连接、将合束器3的2端口光纤与长度为20km的非对称双芯光纤4连接；将波长为1550nm的单频窄线宽激光器5的输出端口与电光调制器6的输入端口连接，以此将波长为1550nm的连续激光调制成脉冲激光；将电光调制器6的输出端口与掺铒光纤放大器(EDFA)7的输入端口连接，其功能是放大脉冲激光的功率从而提高后端非对称双芯光纤的单模纤芯中后向散射光的强度从而来增大传感器的测量长度；掺铒光纤放大器7的输出端口与光环行器8的1端口光纤连接；光环行器8的2端口与合束器3的3端口光纤连接；环行器8的端口3、波分复用器2的端口2和3分别与3个PD探头9、10、11连接；3个PD探头9、10、11与数据处理中心12连接。本技术的工作过程：开启波长为1550nm的脉冲光源1，脉冲激光通过波分复用器2的端口1后从波分复用器2的端口4输出，脉冲激光通过合束器3的端口1进入到20km的非对称双芯光纤4的多模纤芯4-1。激光脉冲入射到多模纤芯4-1后在传播中会与光纤相互作用发生非线性作用产生两个后向的散射光，即拉曼斯托克斯散射光和拉曼反斯托克斯散射光。拉曼散射光的强度对温度十分敏感，从而可以实现温度传感。而拉曼散射中斯托克斯散射光和反斯托克斯散射光都十分微弱，所以目前成熟的技术都必须使用多模光纤4-1才能保证实现远距离传感，见图2和图3。两个后向散射光通过合束器3的端口2后从合束器3的端口1输出然后进入到波分复用器2的端口4，其中波长范围为1450nm的反斯托克斯散射光和波长为1650nm的斯托克斯散射光分别接入PD探头10和11后进入数据采集卡12，用数据采集卡12对采集到的数据进行处理分析。与此同时开启波长为1550nm的单频窄线宽激光器5，窄线宽激光经电光调制器6调制为周期性的脉冲激光。脉冲激光通过掺铒光纤放大器7后进入环行器8的端口1，然后从环行器8的端口2输出进入到合束器3的端口3，被放大的脉冲激光从合束器端口2输出进入到非对称光纤4的单模纤芯4-2，脉冲激光在纤芯2传播的过程中产生后向散射的瑞利散射光信号，瑞利散射光的相位会因为外界振动而反生变化，所以利用瑞利散射可以实现振动方面的传感。因为瑞利散射光比拉曼散射光的强度要高，所以使用单模纤芯4-2就可以实现远距离传感，见图2和图3。后向瑞利散射光通过合束器3的端口3后回到环行器8的端口2然后再从环行器8的端口3输出进入到PD探头9，然后同时与PD探头10和PD探头11的信号光一起进入到数据采集中心12进行信号数理，实现温度和振动双参量传感。以开启脉冲激光器和窄线宽激光器的时间为计时零点，则在某个定点处后向拉曼斯托克斯散射光、后向拉曼反斯托克斯散射光和后向瑞利散射光回到合束器的时间为t。对于后向拉曼散射光，拉曼散射光的强弱受到光纤散射点的温度调制，即传送入数据处理中心的斯托克斯散射光和反斯托克斯散射光强度为时间t和温度T的函数，即t时刻第一个PD探头、第二个PD探头接收到的拉曼斯托克斯光和拉曼反斯托克斯光功率分别为：Ps＝fs(t,T)(1)和Pas＝fas(t,T)(2)其中T为t时刻非对称双芯光纤定点处的温度。用斯托克斯散射光和反斯托克斯散射光功率的比值来解调温度来得到空间温度场的分布，即：Ps/Pas＝fs(t,T)/fas(t,T)(3)对于后向瑞利散射光，外界环境的振动会引起非对称双芯光纤中后向瑞利散射光相位的变化，即当外界的振动强度为ν时后向瑞利散射光相位φ为时间t和ν的函数：φ＝f(t,ν)(4)即ν＝f-1(t,φ)(5)用数据处理中心采集到时间t、两个后向拉曼散射光的功率和后向瑞利散射光的相位信息就可以具体得到测量点的位置、温度和振动的信息。本技术主要应用了近年来发展起来的双芯光纤，通过将脉冲激光射入到一根非对称双芯光纤就可以同时形成后向拉曼散射和后向瑞利散射的方法来实现分布本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于非对称双芯光纤的分布式双参量传感装置，包括一个输出波长为1550nm的脉冲激光器、一个四端口波分复用器、一个三端口的合束器、一段长度为L的非对称双芯光纤，其中非对称双芯光纤的一个纤芯为多模光纤纤芯，另外一个纤芯为单模光纤纤芯；三个PD探头、一个波长为1550nm的单频窄线宽激光器、一个电光调制器、一个掺铒光纤放大器、一个光环行器和一个数据处理中心，其特征在于：波长为1550nm的脉冲激光器的输出端口与波分复用器的第一端口连接；波分复用器的第四端口与合束器的第一端口连接；合束器的第二端口与长度为L的非对称双芯光纤连接；波长为1550nm的单频窄线宽激光器的输出端口与电光调制器的输入端口连接，电光调制器的输出端口与掺铒光纤放大器的输入端口连接；掺铒光纤放大器的输出端口与光环行器的第一端口连接；光环行器的第二端口与合束器的第三端口连接；环行器的第三端口、波分复用器的第二端口和第三端口分别与三个PD探头连接；三个PD探头与数据处理中心连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于非对称双芯光纤的分布式双参量传感装置，包括一个输出波长为1550nm的脉冲激光器、一个四端口波分复用器、一个三端口的合束器、一段长度为L的非对称双芯光纤，其中非对称双芯光纤的一个纤芯为多模光纤纤芯，另外一个纤芯为单模光纤纤芯；三个PD探头、一个波长为1550nm的单频窄线宽激光器、一个电光调制器、一个掺铒光纤放大器、一个光环行器和一个数据处理中心，其特征在于：波长为1550nm的脉冲激光器的输出端口与波分复用器的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈达如，折丽娟，郁张维，强则煊，
申请(专利权)人：浙江师范大学，
类型：新型
国别省市：浙江,33