本发明专利技术公开了一种基于拉曼‑布里渊分布式温度、应力双参量检测的传感装置，包括：激光器、第一耦合器、偏振控制器、脉冲发生器、半导体光放大器、掺铒光纤放大器、带通滤波器、第二耦合器、光衰减器、第一环形器、第三耦合器、多芯光纤、第二环形器、拉曼滤波器、第一光电探测器、第二光电探测器、示波器、偏振控制器、调制器、微波发生器、偏振开关、第四耦合器、第三光电探测器、电谱分析仪和数据处理模块。本发明专利技术中由于采用单模多芯光纤构成空分复用系统，不存在模分复用系统的模式耦合以及波分复用系统的功率不匹配的问题，可达到精确并同时获取温度应力双参量的效果。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光纤传感
，更具体地，涉及一种基于拉曼-布里渊分布式温度、应力双参量检测的传感装置。
技术介绍
光纤传感器相对于传统传感器具有体积小，频带宽，灵敏度高，不受电磁干扰，耐腐蚀，耐高温，抗高压，能适应恶劣环境等优点。正是因为这些特点，光纤传感一直受到各国相关学术界和研究机构的高度重视。从上世纪至今，已经研制出上百余种的光纤传感器。目前已经证明，光纤传感器能够实现对应变、位移、压力、速度、加速度、转矩、角速度、温度、电流、电压、浓度、流量、流速以及磁、声、光、射线等70多种物理量的检测。它的应用渗透到了医学和生物、工农矿业、能源环保、国防军事、智能结构等领域。分布式光纤传感系统可以定义为：能在整个连续的光纤长度上，以距离的连续函数的形式传感出被测参数随光纤长度方向变化的仪器或者系统。分布式温度、应力传感系统通常是将光纤沿温度场、应力场排布，测量光在光纤中传输时产生的携带温度、应力信息的散射光，同时采用OTDR(Optical Time Domain Reflectometer)技术，就可以对沿光纤传输路径上的温度、应力空间分布和随时间变化的信息进行测量和监控。当光进入到光纤中时，光子与光纤介质互相作用引起光线改变方向即光的散射，当光子与光纤中的二氧化硅分子互相作用时，会发生两种情况，有能量交换和没有能量交换两种。当光子与光纤介质发生非弹性碰撞并且有能量交换，这个过程就被称为布里渊(Brillouin)散射、拉曼(Raman)散射。基于拉曼散射的分布式光纤温度传感器是国外最先商用化的产品，同时它具备了目前最有可能实用化的技术。多集中在基于光时域拉曼散射反射仪(ROTDR)的分布式光纤温度传感器，它通过向光纤发送一个短激光脉冲，然后测得背向散射的拉曼光，该光信号就包含了沿光纤的损耗和温度分布信息。基于布里渊散射的分布式传感器是应用最广泛的，包括布里渊光时域反射仪/分析仪(BOTDR/A)和布里渊相关域反射仪/分析仪(BOCDR/A)，等。BOTDR/A是基于光脉冲的时域信息来实现定位的，而待测量可通过测量布里渊频移来获知。光纤中的布里渊散射光相对于泵浦光有一个频移，称为布里渊频移，由下式给出：其中，νB是布里渊频移，n为光纤纤芯折射率，νA为光纤中的声速，λ是泵浦光的波长。当光纤所处环境的温度变化或受到应力作用时，会引起布里渊频移量发生变化，所以通过测量布里渊散射光的频移量就可以获知该点的温度和应力的变化量。此外，针对多芯光纤的情况，当发生弯曲时，偏心的纤芯会被压缩或者拉伸，由于弯曲而产生的切线方向上的应力分量同样会引起布里渊偏移发生变化，表现为偏心纤芯的布里渊频移对弯曲敏感。BOCDR/A同样是基于布里渊散射实现的分布式测量，不同点在于在BOCDR/A中，泵浦光和探测光都是同频调制的连续光，在光纤中只有当泵浦光和探测光的频率差为布里渊频移时才会产生受激布里渊散射，出现布里渊增益相关峰，通过改变调制频率，可以改变相关峰的位置，由此实现对空间的定位和信息提取，达到分布式测量的目的。以往，绝大多数布里渊分布式传感系统采用的是普通的单模光纤，近年来，也有人研究了基于光子晶体光纤、保偏光纤、少模光纤等特种光纤的布里渊分布式传感系统。由于布里渊传感系统对温度和应力交叉敏感，传统的技术方案都较难实现温度和应力的同时测量。虽然存在一些解决方案，比如基于少模光纤模分复用的布里渊传感技术的多参量测量和基于单模光纤波分复用技术的拉曼-布里渊传感的多参量测量系统，但是前者具有实时性差、模式耦合的缺点，而后者则存在系统光源功率受限的问题：一方面自发拉曼散射光非常弱，因此需要提高入纤功率，而另一方面由于光纤中受激布里渊散射的阈值较低，一味的提高入纤功率会引起严重的非线性效应，包括受激布里渊散射和调制不稳定性等。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种基于拉曼-布里渊分布式温度、应力双参量检测的传感装置，旨在解决布里渊系统无法同时且精准获取温度应力双参量的问题。本专利技术提供了一种基于拉曼-布里渊分布式温度、应力双参量检测的传感装置，包括：激光器、第一耦合器、偏振控制器、脉冲发生器、半导体光放大器、掺铒光纤放大器、带通滤波器、第二耦合器、光衰减器、第一环形器、第三耦合器、多芯光纤、第二环形器、拉曼滤波器、第一光电探测器、第二光电探测器、示波器、偏振控制器、调制器、微波发生器、偏振开关、第四耦合器、第三光电探测器、电谱分析仪和数据处理模块；所述第一耦合器的输入端连接所述激光器，所述偏振控制器的输入端连接至所述第一耦合器的第一输出端，所述半导体光放大器的光输入端连接至所述偏振控制器的输出端，所述半导体光放大器的电输入端连接所述脉冲发生器；所述掺铒光纤放大器的输入端连接至所述半导体光放大器的输出端，所述带通滤波器的输入端连接至所述掺铒光纤放大器的输出端，所述第二耦合器的输入端连接至所述带通滤波器的输出端，所述第二环形器的第一端口连接至所述第二耦合器的第一输出端，所述拉曼滤波器的输入端连接至所述第二环形器的第三端口，所述第一光电探测器的输入端和所述第二光电探测器的输入端分别连接至所述拉曼滤波器的两输出端，所述第一光电探测器的输出端和所述第二光电探测器的输处端均连接所述示波器；所述光衰减器的输入端连接至所述第二耦合器的第二输出端，所述第一环形器的第一端口连接至所述光衰减器的输出端，所述第三耦合器的第一输入端连接至所述第二环形器的第二端口，所述第三耦合器的第二输入端连接至所述第一环形器的第二端口；所述第三耦合器的输出端连接所述多芯光纤；所述偏振控制器的输入端连接至所述第一耦合器的第二输出端，所述调制器的光信号输入端连接至所述偏振控制器的输出端，所述调制器的电信号输入端连接微波发生器；所述偏振开关的输入端连接至所述调制器的输出端，所述第四耦合器的第一输入端连接至所述第一环形器的第三端口，所述第四耦合器的第二输入端连接至所述偏振开关的输出端，所述第三光电探测器的输入端连接至所述第四耦合器的输出端，所述电谱分析仪的输入端连接至所述第三光电探测器的输出端，所述电谱分析仪的输出端连接所述数据处理模块。本专利技术采用的是拉曼-布里渊相结合的系统，拉曼系统与布里渊系统分别采用多芯光纤的不同纤芯，构成空分复用系统。所采用的技术包括但不仅限于拉曼时域反射仪(ROTDR)-布里渊光时域反射仪/分析仪(BOTDR/A)和拉曼时域反射仪(ROTDR)-布里渊相关域反射仪/分析仪(BOCDR/A)等。更进一步地，工作时，激光器输出的光经第一耦合器分成第一路光和第二路光；第一路光依次通过偏振控制器、半导体光放大器、掺铒光纤放大器和带通滤波器后产生探测光；所述探测光经过第二耦合器后分成第三路光和第四路光；第三路光经第二环形器、扇入第三耦合器后进入多芯光纤的外层芯，用于拉曼散射光检测温度；拉曼后向散射光经第三耦合器后经过拉曼滤波器分别将探测到的斯托克斯光与反斯托克斯光送入第一光电探测器和第二光电探测器并由示波器显示；第四路光依次经光衰减器、第一环形器、扇入第三耦合器进入多芯光纤的中间芯，用于布里渊散射光检测应力；第二路光依次经偏振控制器、调制器、偏振开关进入第四耦合器，与中间芯布里渊后向散射光相干作用后进入第三光电探测器本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于拉曼‑布里渊分布式温度、应力双参量检测的传感装置，其特征在于，包括：激光器(1)、第一耦合器(2)、偏振控制器(3)、脉冲发生器(4)、半导体光放大器(5)、掺铒光纤放大器(6)、带通滤波器(7)、第二耦合器(8)、光衰减器(9)、第一环形器(10)、第三耦合器(11)、多芯光纤(12)、第二环形器(13)、拉曼滤波器(14)、第一光电探测器(15)、第二光电探测器(16)、示波器(17)、偏振控制器(18)、调制器(19)、微波发生器(20)、偏振开关(21)、第四耦合器(22)、第三光电探测器(23)、电谱分析仪(24)和数据处理模块(25)；所述第一耦合器(2)的输入端连接所述激光器(1)，所述偏振控制器(3)的输入端连接至所述第一耦合器(2)的第一输出端，所述半导体光放大器(5)的光输入端连接至所述偏振控制器(3)的输出端，所述半导体光放大器(5)的电输入端连接所述脉冲发生器(4)；所述掺铒光纤放大器(6)的输入端连接至所述半导体光放大器(5)的输出端，所述带通滤波器(7)的输入端连接至所述掺铒光纤放大器(6)的输出端，所述第二耦合器(8)的输入端连接至所述带通滤波器(7)的输出端，所述第二环形器(13)的第一端口连接至所述第二耦合器(8)的第一输出端，所述拉曼滤波器(14)的输入端连接至所述第二环形器(13)的第三端口，所述第一光电探测器(15)的输入端和所述第二光电探测器(16)的输入端分别连接至所述拉曼滤波器(14)的两输出端，所述第一光电探测器(15)的输出端和所述第二光电探测器(16)的输出端均连接所述示波器(17)；所述光衰减器(9)的输入端连接至所述第二耦合器(8)的第二输出端，所述第一环形器(10)的第一端口连接至所述光衰减器(9)的输出端，所述第三耦合器(11)的第一输入端连接至所述第二环形器(13)的第二端口，所述第三耦合器(11)的第二输入端连接至所述第一环形器(10)的第二端口；所述第三耦合器(11)的输出端连接所述多芯光纤(12)；所述偏振控制器(18)的输入端连接至所述第一耦合器(2)的第二输出端，所述调制器(19)的光信号输入端连接至所述偏振控制器(18)的输出端，所述调制器(19)的电信号输入端连接微波发生器(20)；所述偏振开关(21)的输入端连接至所述调制器(19)的输出端，所述第四耦合器(22)的第一输入端连接至所述第一环形器(10)的第三端口，所述第四耦合器(22)的第二输入端连接至所述偏振开关(21)的输出端，所述第三光电探测器(23)的输入端连接至所述第四耦合器(22)的输出端，所述电谱分析仪(24)的输入端连接至所述第三光电探测器(23)的输出端，所述电谱分析仪(24)的输出端连接所述数据处理模块(25)。...
【技术特征摘要】
1.一种基于拉曼-布里渊分布式温度、应力双参量检测的传感装置，其特征在于，包括：激光器(1)、第一耦合器(2)、偏振控制器(3)、脉冲发生器(4)、半导体光放大器(5)、掺铒光纤放大器(6)、带通滤波器(7)、第二耦合器(8)、光衰减器(9)、第一环形器(10)、第三耦合器(11)、多芯光纤(12)、第二环形器(13)、拉曼滤波器(14)、第一光电探测器(15)、第二光电探测器(16)、示波器(17)、偏振控制器(18)、调制器(19)、微波发生器(20)、偏振开关(21)、第四耦合器(22)、第三光电探测器(23)、电谱分析仪(24)和数据处理模块(25)；所述第一耦合器(2)的输入端连接所述激光器(1)，所述偏振控制器(3)的输入端连接至所述第一耦合器(2)的第一输出端，所述半导体光放大器(5)的光输入端连接至所述偏振控制器(3)的输出端，所述半导体光放大器(5)的电输入端连接所述脉冲发生器(4)；所述掺铒光纤放大器(6)的输入端连接至所述半导体光放大器(5)的输出端，所述带通滤波器(7)的输入端连接至所述掺铒光纤放大器(6)的输出端，所述第二耦合器(8)的输入端连接至所述带通滤波器(7)的输出端，所述第二环形器(13)的第一端口连接至所述第二耦合器(8)的第一输出端，所述拉曼滤波器(14)的输入端连接至所述第二环形器(13)的第三端口，所述第一光电探测器(15)的输入端和所述第二光电探测器(16)的输入端分别连接至所述拉曼滤波器(14)的两输出端，所述第一光电探测器(15)的输出端和所述第二光电探测器(16)的输出端均连接所述示波器(17)；所述光衰减器(9)的输入端连接至所述第二耦合器(8)的第二输出端，所述第一环形器(10)的第一端口连接至所述光衰减器(9)的输出端，所述第三耦合器(11)的第一输入端连接至所述第二环形器(13)的第二端口，所述第三耦合器(11)的第二输入端连接至所述第一环形器(10)的第二端口；所述第三耦合器(11)的输出端连接所述多芯光纤(12)；所述偏振控制器(18)的输入端连接至所述第一耦合器(2)的第二输出端，所述调制器(19)的光信号输入端连接至所述偏振控制器(18)的输出端，所述调制器(19)的电信号输入端连接微...
【专利技术属性】
技术研发人员：唐明，党云丽，赵志勇，段丽，王萌，吴昊，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。