长距离分布式布里渊动态应变测量系统技术方案

本发明专利技术公开一种长距离分布式布里渊动态应变测量系统，包括窄线宽激光器、耦合器、第一光调制器、第二光调制器、第一光放大器、第二光放大器、微波源、任意波形发生器、第一密集波分复用器、第二密集波分复用器、环形器、第一偏振控制器、第二偏振控制器、偏振合束器、传感光纤、隔离器及平衡探测器。所述长距离分布式布里渊动态应变测量系统可对长距离的目标进行测量，且成本较低。

【技术实现步骤摘要】
长距离分布式布里渊动态应变测量系统
本专利技术属于一种测量系统，具体涉及一种基于泵浦脉冲扫频和循环编码的长距离分布式布里渊动态应变测量系统。
技术介绍
随着大型基础设施的不断建设，对诸如大型桥梁结构、输油管道、高速公路、铁路等设施的在线安全健康监测、故障预防成为经济发展的重要需求。但由于该类基础设施尺度巨大、结构复杂，采用传统的点式传感器难以满足其监测要求。分布式光纤传感技术由于具有抗电磁干扰、体积小、重量轻、敏感度高、能实现对测量目标的连续分布式测量等优良特性，已成为目前大型建筑健康状况监测的重要手段之一。布里渊光时域分析技术(Brillouin-OpticalTimeDomainAnalysis,BOTDA)是分布式光纤传感中应用较广的一种，可以对光纤周围的温度和应变进行分布式测量。然而BOTDA中需要对泵浦与探测光之间的频差进行扫描，同时需要多次测量平均值以提高信噪比，因此，BOTDA多用于温度、应变等静态参数的测量。快速布里渊光时域分析技术(FastBOTDA,F-BOTDA)采用高性能的任意波形发生器(arbitrarywaveformgenerator，AWG)减少BOTDA的频率切换时间，可以对动态应变进行测量。然而现有的F-BOTDA的传感距离通常为几百米量级，难以满足长距离动态应变的测量。
技术实现思路
针对现有技术中存在的技术问题，本专利技术提供一种长距离分布式布里渊动态应变测量系统，以对长距离的目标进行测量，且成本较低。本专利技术所提供的一种长距离分布式布里渊动态应变测量系统，包括：窄线宽激光器、耦合器、第一光调制器、第二光调制器、第一光放大器、第二光放大器、微波源、任意波形发生器、第一密集波分复用器、第二密集波分复用器、环形器、第一偏振控制器、第二偏振控制器、偏振合束器、传感光纤、隔离器及平衡探测器，所述窄线宽激光器的输出端与耦合器的输入端相连，所述耦合器的输出端与第一光放大器及第二光调制器相连，所述第一光放大器还与第一光调制器相连，所述第一光调制器还与微波源相连，所述第二光调制器还与任意波形发生器及第二光放大器相连，所述第一光调制器与第一密集波分复用器相连，所述第二光放大器与环形器相连，所述第一密集波分复用器与第一偏振控制器及第二偏振控制器均相连，所述第一偏振控制器及第二偏振控制器还均与偏振合束器相连，所述偏振合束器还与隔离器相连，所述隔离器与传感光纤相连，所述环形器还与传感光纤及第二密集波分复用器相连，所述第二密集波分复用器与平衡探测器相连。其中，所述第一光调制器为电光调制器，且所述第一光调制器工作在载波抑制模式。其中，所述第二光调制器为电光调制器，且所述第二光调制器工作在载波抑制模式。其中，所述任意波形发生器的输出为经过71位循环码编码的微波脉冲。其中，所述第一光放大器为掺铒光纤光放大器。其中，所述第二光放大器为掺铒光纤光放大器。本专利技术所述的长距离分布式布里渊动态应变测量系统采用了任意波形发生器对泵浦脉冲进行频率调制，只需要低带宽的任意波形发生器就可以对泵浦与探测光之间的频差进行快速扫描，因此降低了整个长距离分布式布里渊动态应变测量系统的成本。同时，本专利技术通过采用偏振分极探测技术，可消除整个长距离分布式布里渊动态应变测量系统的偏振衰落现象，同时降低成本，有效的降低了信号采集时的平均次数，提升系统的动态响应能力。再次，本专利技术还采用了泵浦脉冲循环编码技术，通过向传感光纤先后注入多个编码脉冲，解码后可以有效提升整个长距离分布式布里渊动态应变测量系统的信噪比，减少平均次数，将长距离分布式布里渊动态应变测量系统的传感距离拓展到2km以上。附图说明图1是本专利技术一种长距离分布式布里渊动态应变测量系统的较佳实施方式的方框图。图2及图3是图1中所述的长距离分布式布里渊动态应变测量系统的原理示意图。具体实施方式为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本专利技术。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。请参考图1所示，其为本专利技术所述的一种长距离分布式布里渊动态应变测量系统的较佳实施方式的方框图。所述长距离分布式布里渊动态应变测量系统的较佳实施方式包括窄线宽激光器1、耦合器2、第一光调制器4、第二光调制器15、第一光放大器3、第二光放大器10、微波源9、任意波形发生器14、第一密集波分复用器5、第二密集波分复用器16、环形器11、第一偏振控制器6、第二偏振控制器7、偏振合束器8、传感光纤12、隔离器13及平衡探测器17。所述窄线宽激光器1的输出端与耦合器2的输入端相连，所述耦合器2的输出端与第一光放大器3及第二光调制器15相连，所述第一光放大器3还与第一光调制器4相连，所述第一光调制器4还与微波源9相连，所述第二光调制器15还与任意波形发生器14及第二光放大器10相连。所述第一光调制器4与第一密集波分复用器5相连，所述第二光放大器10与环形器11相连。所述第一密集波分复用器5与第一偏振控制器6及第二偏振控制器7均相连，所述第一偏振控制器6及第二偏振控制器7还均与偏振合束器8相连。所述偏振合束器8还与隔离器13相连，所述隔离器13与传感光纤12相连。所述环形器11还与传感光纤12及第二密集波分复用器16相连，所述第二密集波分复用器16与平衡探测器18相连。请继续参考图2及图3，其为本专利技术所述的分布式布里渊动态应变测量系统的原理示意图。本专利技术申请中，所述窄线宽激光器1通过耦合器2将其输出的激光分成两路，其中一路激光传输至所述第一光放大器3及第一光调制器4，所述第一光调制器4由所述微波源9驱动产生两个边带作为探测光。所述探测光传输至第一密集波分复用器5。所述探测光的两个边带中的其中一个边带被传输到第一偏振控制器6，另一个边带被传输到第二偏振控制器7。然后两个边带经由偏振合束器8再次一同传输，其中第一偏振控制器6及第二偏振控制器7用于调节两个边带功率的大小，使其功率一致。探测光经过隔离器13后输入到传感光纤12。在耦合器2的另一路，激光经过第二光调制器15调制后作为泵浦光，其中第二光调制器15由任意波形发生器14驱动。泵浦光经过第二光放大器10放大后由环形器11输入到传感光纤12。在与泵浦光发生受激布里渊散射后，探测光经过环形器11输入到第二密集波分复用器16中。两个边带经过第二密集波分复用器16后再次被分开，分别输入平衡探测器18的两个端口转换成电信号，该电信号最终由数字采集卡(图未示)采集并进行后续数据处理。本实施方式中，所述第一光调制器4为电光调制器，通过控制电光调制器的偏压使电光调制器工作在载波抑制模式。所述第二光调制器15为电光调制器，同样工作在载波抑制模式。任意波形发生器14的输出为经过71位循环码编码的微波脉冲。所述第一及第二光放大器4、10均选用掺铒光纤光放大器。本专利技术所述的长距离分布式布里渊动态应变测量系统采用了任意波形发生器对泵浦脉冲进行频率调本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种长距离分布式布里渊动态应变测量系统，包括：窄线宽激光器、耦合器、第一光调制器、第二光调制器、第一光放大器、第二光放大器、微波源、任意波形发生器、第一密集波分复用器、第二密集波分复用器、环形器、第一偏振控制器、第二偏振控制器、偏振合束器、传感光纤、隔离器及平衡探测器，所述窄线宽激光器的输出端与耦合器的输入端相连，所述耦合器的输出端与第一光放大器及第二光调制器相连，所述第一光放大器还与第一光调制器相连，所述第一光调制器还与微波源相连，所述第二光调制器还与任意波形发生器及第二光放大器相连，所述第一光调制器与第一密集波分复用器相连，所述第二光放大器与环形器相连，所述第一密集波分复用器与第一偏振控制器及第二偏振控制器均相连，所述第一偏振控制器及第二偏振控制器还均与偏振合束器相连，所述偏振合束器还与隔离器相连，所述隔离器与传感光纤相连，所述环形器还与传感光纤及第二密集波分复用器相连，所述第二密集波分复用器与平衡探测器相连。

【技术特征摘要】
1.一种长距离分布式布里渊动态应变测量系统，包括：窄线宽激光器、耦合器、第一光调制器、第二光调制器、第一光放大器、第二光放大器、微波源、任意波形发生器、第一密集波分复用器、第二密集波分复用器、环形器、第一偏振控制器、第二偏振控制器、偏振合束器、传感光纤、隔离器及平衡探测器，所述窄线宽激光器的输出端与耦合器的输入端相连，所述耦合器的输出端与第一光放大器及第二光调制器相连，所述第一光放大器还与第一光调制器相连，所述第一光调制器还与微波源相连，所述第二光调制器还与任意波形发生器及第二光放大器相连，所述第一光调制器与第一密集波分复用器相连，所述第二光放大器与环形器相连，所述第一密集波分复用器与第一偏振控制器及第二偏振控制器均相连，所述第一偏振控制器及第二偏振控制器还均与偏振合束器相连，所述偏振合束器还与隔离器相连，所述隔...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱涛，郑华，张敬栋，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50