本发明专利技术公开的光纤布里渊光时域分析器是利用光纤宽带非线性光放大效应和相干放大的布里渊散射光的应变、温度效应和光时域分析原理制成的光纤布里渊光时域分析器。包括窄带单频光纤激光器，光纤分路器，脉冲调制器，两个光纤环行器，外差接收器，数字信号处理器，光纤光栅滤波器，单模光纤和连续运行的光纤拉曼泵浦激光器。采用连续运行的高功率光纤拉曼激光器作为布里渊光时域分析器的泵浦光源，克服了光纤布里渊光时域分析器要求严格地锁定探测激光器和泵浦激光器频率的困难，利用宽带光纤非线性散射光放大取代窄带布里渊放大，增加了背向相于放大的受激布里渊散射光的增益，提高了系统的信噪比，增加了测量长度，改善了应变和温度同时测量的精度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光纤布里渊光时域分析器，属于分布式光纤传感器
技术背景在光纤布里渊光时域分析器领域，光纤布里渊光时域反射器釆用光纤自发 的布里渊散射，因此背向布里渊散射信号很弱，利用光纤布里渊散射光的频移和强度比来测量应変和温度的精度很低，测程短，空间分辨率较低。T.Horiguchi 等专利技术了布里渊光时域分析器，在光纤的另一端加一个相干泵浦激光器，实现 布里渊放大，采用相干放大的受激布里渊散射，增强了信号，改善了系统的信 噪比。但是，光纤布里渊光时域分析器要求严格地锁定窄带探测激光器和窄带 泵浦激光器的频率，在技术上很困难。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种易于操作，增益高，系统信噪比强，测量精度高的 新型光纤布里渊光时域分析器。为达到上述目的，新型光纤布里渊光时域分析器是利用光纤宽带非线性光放大效应和相干放大的布里渊散射光的应变、温度效应和光时域分析原理制成的光纤布里渊光时域分析器，包括窄带单频光纤激光器，光纤分路器，脉冲调制器，两个光纤环行器，外差接收器，数字信号处理器，光纤光栅滤波器，单模光纤和连续运行的光纤拉曼泵浦激光器，光纤分路器的输入端与窄带单频光纤激光器相连，光纤分路器的一个输出端与脉冲调制器的输入端相连，脉冲调制器的输出端与第一光纤环行器的输入端相连，脉冲调制器输出的脉冲激光通过第一光纤环行器的公共端进入光纤光栅滤波器，光纤光栅滤波器的输出端与单模光纤的首端相连，单模光纤的末端与光纤拉曼泵浦激光器相连，第一光纤环行器的输出端与第二光纤环行器的公共端相连，第二光纤环行器的输入端与光纤分路器的另一个输出端相连，由第二光纤环行器将光纤分路器输出的本地 光与单模光纤产生的相干放大并经过滤波的布里渊散射光进行混频，混频后的输出进入外差接收器，外差接收器的输出端和数字信号处理器相连，经外差接 收器和数字信号处理器解调后得到在光纤中各段的应变和温度量。本专利技术中，所说的窄带单频光纤激光器是中心波長为1550nm，光谱带宽为 200kHz的连续运行光纤激光器。本专利技术中，所说的外差接收器是频率响应为12Ghz以上的光电探测器。本专利技术中，所说的光纤光栅滤波器的中心波長为1455nm，光谱带宽为lnm， 隔离度为25dB。本专利技术中，所说的单模光纤为60km单模通讯G652光纤或60km LEAF光纤。 本专利技术中，所说的连续运行的光纤拉曼泵浦激光器是功率在 100mw-1200mw范围可调的主波长为1455nm连续运行的光纤拉曼激光器。工作时，窄带单频光纤激光器输出的连续激光经光纤分路器分成两朿，其 中一朿激光经脉冲调制器调制成脉冲光，通过光纤光栅滤波器，进入单模光纤， 与单模光纤发生非线性相互作用，产生背向布里渊散射光，布里渊散射光的频 率与强度度受单模光纤各段的温度和应变调制。由单模光纤末端光纤拉曼泵浦 激光器产生的强激光泵浦，在单模光纤里产生非线性放大(具有拉曼放大和布里渊放大的双重放大)，由此，被放大的受激布里渊散射光Vo士 VB经光纤光栅 滤波器，滤除1455nm光纤拉曼泵浦激光器在单模光纤里激光泵浦后残存的光， 通过第一光纤环行器，进入第二光纤环行器与来自光纤分路器的另一束本地光 v e混频，混频后的输出经外差接收器和数字信号处理器解调后得到在光纤中各 段的应变和温度量，应变和温度变化速度和方向。利用光时域反射对单模光纤 上各段的位置进行定位(光纤雷达定位)。通过数字信号处理器解调，经过应变 和温度定标，得到单模光纤各段的应力和温度变化量，测应变精度为10 U e， 测温精度土1。C，由显示器显示或通过通讯接口、通讯协议进行远程网络传输。 布里渊时域分析器的工作原理在光纤中，入射光纤的探测激光与光纤中声波的非线性相互作用，光波通 过电致伸縮产生声波，引起光纤折射率的周期性调制(折射率光栅)，产生频率 下移的布里渊散射光，在光纤中产生的背向布里渊散射的频移VB为<formula>formula see original document page 4</formula> (1)其中n为入射光波长入处的折射率，v为光纤中声速，对石英光纤，在入 =1550nm附近，v^约为llGHz。在光纤中的布里渊散射光频移v B具有应变和温度效应<formula>formula see original document page 4</formula> (2)布里渊散射光的频移 & aT<formula>formula see original document page 4</formula> (3)其中频移的应变系数Cv ￡和温度系数CvT为<formula>formula see original document page 4</formula>光纤中布里渊散射的强度也具有应变和温度效应，光纤中布里渊散射的强度比(Landau-Plazcek比)也依赖于光纤的应变和温度<formula>formula see original document page 5</formula>/s (4) 其中强度比的应变系数Cp,和温度系数C"为<formula>formula see original document page 5</formula> 由(3)式和(4)式，只要测量出光纤上各段频移和强度比可解调出此段光纤 的应变S e和温度差S T 。 本专利技术的优点本专利技术提出的新型光纤布里渊光时域分析器，采用连续运行的高功率光纤 拉曼激光器作为新型布里渊光时域分析器的泵浦光源，取代了相干泵浦窄带激 光器，克服了光纤布里渊光时域分析器中要求严格地锁定探测激光器和泵浦激 光器频率的困难，连续运行的高功率光纤拉曼激光器产生的强激光在单模光纤 中实现了宽带光纤非线性散射光放大取代了窄带布里渊放大，增加了背向相干 放大的受激布里渊散射光的增益，提高了系统的信噪比，增加了测量长度，改 善了应变和温度同时测量的精度。 附图说明图1为本专利技术的光纤布里渊光时域分析器的示意图。具体实施方式参照图1，本专利技术的光纤布里渊光时域分析器包括窄带单频光纤激光器ll， 光纤分路器12，脉冲调制器13，两个光纤环行器14、 15，外差接收器16，数 字信号处理器17，光纤光栅滤波器18，单模光纤19和连续运行的光纤拉曼泵 浦激光器20，光纤分路器12的输入端与窄带单频光纤激光器11相连，光纤分 路器12的一个输出端与脉冲调制器13的输入端相连，脉冲调制器13的输出端 与第一光纤环行器14的输入端相连，第一光纤环行器14的公共端与光纤光栅 滤波器18的输入端相连，光纤光栅滤波器18的输出端与单模光纤19的首端相 连，单模光纤19的末端与光纤拉曼泵浦激光器20相连，第一光纤环行器14的 输出端与第二光纤环行器15的公共端相连，第二光纤环行器15的输入端与光 纤分路器12的另一个输出端相连，第二光纤环行器15的输出端与外差接收器 16的输入端相连，外差接收器16的输出端和数字信号处理器17相连。数字信号处理器釆用通用的信号处理卡，插在计算机内。数字信号处理器 可采用美国NI公本文档来自技高网...
【技术保护点】
新型光纤布里渊光时域分析器，其特征是包括窄带单频光纤激光器（１１），光纤分路器（１２），脉冲调制器（１３），两个光纤环行器（１４）、（１５），外差接收器（１６），数字信号处理器（１７），光纤光栅滤波器（１８），单模光纤（１９）和连续运行的光纤拉曼泵浦激光器（２０），光纤分路器（１２）的输入端与窄带单频光纤激光器（１１）相连，光纤分路器（１２）的一个输出端与脉冲调制器（１３）的输入端相连，脉冲调制器（１３）的输出端与第一光纤环行器（１４）的输入端相连，脉冲调制器（１３）输出的脉冲激光通过第一光纤环行器（１４）的公共端进入光纤光栅滤波器（１８），光纤光栅滤波器（１８）的输出端与单模光纤（１９）的首端相连，单模光纤（１９）的末端与光纤拉曼泵浦激光器（２０）相连，第一光纤环行器（１４）的输出端与第二光纤环行器（１５）的公共端相连，第二光纤环行器（１５）的输入端与光纤分路器（１２）的另一个输出端相连，由第二光纤环行器（１５）将光纤分路器（１２）输出的本地光与单模光纤（１９）产生的相干放大并经过滤波的布里渊散射光进行混频，混频后的输出进入外差接收器（１６），外差接收器（１６）的输出端和数字信号处理器（１７）相连，经外差接收器和数字信号处理器解调后得到在光纤中各段的应变和温度量。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张在宣，张淑琴，
申请(专利权)人：中国计量学院，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]
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