厘米量级空间分辨率的双参量分布式光纤传感装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于分布式光纤传感技术领域，公开了一种厘米量级空间分辨率的双参量分布式光纤传感装置及方法。装置包括第一脉冲激光器、第二脉冲激光器、第一光开关、波分复用器、第二光开关、参考光纤、传感光纤、第一雪崩光电探测器、第二雪崩光电探测器、高速数据采集卡和计算机。本发明专利技术通过设置两个具有不同脉宽的高功率脉冲激光器，经由光开关分别向传感光纤中注入脉冲宽度差小于1ns的脉冲光，然后分别采集两种不同脉宽状态下所激发的前向拉曼散射信号、后向拉曼散射信号进行差值计算，再利用环路解调原理进行传感光纤温度提取。本发明专利技术可以保证在不影响传感距离的前提下，将系统的空间分辨率优化至厘米量级。

【技术实现步骤摘要】
厘米量级空间分辨率的双参量分布式光纤传感装置及方法
本专利技术涉及分布式光纤传感
，具体是一种厘米量级空间分辨率的双参量分布式光纤传感装置及方法。
技术介绍
分布式光纤拉曼传感系统可以实现连续的分布式温度监测，具有抗电磁干扰、抗腐蚀、电绝缘、灵敏度高、防火防爆、可靠性好、低成本的优点。在传感光纤中，脉冲激光在光纤中传播会产生斯托克斯光与反斯托克斯光这两种成分的拉曼散射信号。其中，反斯托克斯信号对温度较为敏感，因此可以将反斯托克斯光提取出来用以温度解调，实现光纤沿线分布式温度监测。近年来，公路隧道等交通基础设施安全监控系统要求分布式光纤拉曼传感器同时实现温度和结构裂缝的协同测量。但是由于拉曼反斯托克斯信号仅对温度敏感，分布式光纤拉曼传感系统仅能实现光纤沿线的分布式温度检测。因此，现有分布式光纤拉曼传感系统存在无法实现结构裂缝测量的技术难题。此外，空间分辨率是工业温度监控领域中的重要性能指标之一。但是由于分布式光纤拉曼传感系统的探测信号为脉冲信号，光源的脉宽限制了系统的空间分辨率性能，降低光源的脉冲宽度可以提高系统的空间分辨率，但同时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种厘米量级空间分辨率的双参量分布式光纤传感装置，其特征在于，包括第一脉冲激光器（1）、第二脉冲激光器（2）、第一光开关（3）、波分复用器（4）、第二光开关（5）、参考光纤（6）、传感光纤（7）、第一雪崩光电探测器（8）、第二雪崩光电探测器（9）、高速数据采集卡（12）和计算机（13）；所述第一脉冲激光器（1）和第二脉冲激光器（2）的激光输出端与所述第一光开关（3）的输入端连接，第一光开关（3）的输出端经波分复用器（4）后与第二光开关（5）的输入端连接，第二光开关（5）的一个输出端依次经参考光纤（6）和传感光纤（7）后与另一个输出端连接；所述第一脉冲激光器（1）和第二脉冲激光器（2）分别用...

【技术特征摘要】
1.一种厘米量级空间分辨率的双参量分布式光纤传感装置，其特征在于，包括第一脉冲激光器（1）、第二脉冲激光器（2）、第一光开关（3）、波分复用器（4）、第二光开关（5）、参考光纤（6）、传感光纤（7）、第一雪崩光电探测器（8）、第二雪崩光电探测器（9）、高速数据采集卡（12）和计算机（13）；所述第一脉冲激光器（1）和第二脉冲激光器（2）的激光输出端与所述第一光开关（3）的输入端连接，第一光开关（3）的输出端经波分复用器（4）后与第二光开关（5）的输入端连接，第二光开关（5）的一个输出端依次经参考光纤（6）和传感光纤（7）后与另一个输出端连接；所述第一脉冲激光器（1）和第二脉冲激光器（2）分别用于产生脉宽差小于1ns的脉冲激光，第一光开关（3）用于将第一脉冲激光器（1）或第二脉冲激光器（2）产生的脉冲激光依次发送至波分复用器（4）和第二光开关（5），第二光开关（5）用于调节入射至所述参考光纤（6）和传感光纤（7）的光束方向，使参考光纤（6）和传感光纤（7）中分别产生后向拉曼散射和前向拉曼散射；前向拉曼散射光和后向拉曼散射光分别经第二光开关（5）后，由波分复用器（4）分离出拉曼斯托克斯光和拉曼反斯托克斯光，拉曼斯托克斯光和拉曼反斯托克斯光分别被第一雪崩光电探测器（7）和第二雪崩光电探测器（8）探测后输出到高速数据采集卡（12），高速数据采集卡（12）用于分别采集第一脉冲激光器（1）和第二脉冲激光器（2）发出的激光脉冲在传感光纤内的各个位置处产生的后向拉曼斯托克斯光的光强、后向拉曼反斯托克斯光的光强、前向拉曼斯托克斯光的光强以及前向拉曼反斯托克斯光的光强，并发送到计算机（13）计算得到传感光纤（5）的沿线温度信息和结构裂隙信息。


2.根据权利要求1所述的一种厘米量级空间分辨率的双参量分布式光纤传感装置，其特征在于，所述第一脉冲激光器（1）和第二脉冲激光器（2）输出激光的脉宽大于10ns，其脉宽差为0.1ns。


3.根据权利要求1所述的一种厘米量级空间分辨率的双参量分布式光纤传感装置，其特征在于，所述第一脉冲激光器（1）的波长为1550nm，重复频率为8KHz，第二脉冲激光器（2）的波长为1550nm，重复频率为8KHz，第一雪崩光电探测器（8）和第二雪崩光电探测器（9）的带宽为100MHz、光谱响应范围为900~1700nm，所述波分复用器（4）的工作波长为1450nm/1550nm/1650nm，所述高速数据采集卡（12）的通道数为4，采样率为10GS/s，带宽为10GHz；所述传感光纤（7）为折射率渐变型多模光纤。


4.根据权利要求1所述的一种厘米量级空间分辨率的双参量分布式光纤传感装置，其特征在于，还包括第一放大器（10）和第二放大器（11），所述第一放大器（10）设置在第一雪崩光电探测器（8）与高速数据采集卡（12）之间，第二放大器（11）设置在第二雪崩光电探测器（9）与高速数据采集卡（12）之间，第一放大器（10）和第二放大器（11）分别用于对第一雪崩光电探测器（8）和第二雪崩光电探测器（9）的探测信号进行放大。


5.根据权利要求1所述的一种厘米量级空间分辨率的双参量分布式光纤传感装置，其特征在于，所述计算机（13）计算得到传感光纤的沿线温度信息的计算公式为：

；
其中，T表示传感光纤（7）中L处的温度，表示参考光纤的温度，h为普朗克常数，表示拉曼频移，k为波尔兹曼常数，ln表示取对数，表示数据采集卡（12）采集得到的第一脉冲激光器（1）和第二脉冲激光器（2）发出的脉冲激光分别在传感光纤（7）中位置L处产生的后向拉曼反斯托克斯散射光光强的差，表示数据采集卡（12）采集得到的第一脉冲激光器（1）和第二脉冲激光器（2）发出的脉冲激光分别在传感光纤（7）中位置L处产生的后向拉曼斯托克斯散射光光强的差，表示数据采集卡（12）采集得到的第一脉冲激光器（1）和第二脉冲激光器（2）发出的脉冲激光分别在传感光纤（7）中位置L处产生的前向拉曼反斯托克斯散射光光强的差，表示数据采集卡（12）采集得到的第一脉冲激光器（1）和第二脉冲激光器（2）发出的脉冲激光分别在传感光纤（7）中位置L处产生的前向拉曼斯托克斯散射光光强的差，和分别表示数据采集卡（12）采集得到的第一脉冲激光器（1）和第二脉冲激光器（2）发出的脉冲激光分别在在参考光纤（6）中位置L处产生的后向拉曼斯托克斯散射光光强和后向拉曼斯托克斯散射光光强，和分别表示数据采集卡（12）采集得到的第一脉冲激光器（1）和...

【专利技术属性】
技术研发人员：李健，于福浩，张明江，张建忠，许扬，余涛，周新新，乔丽君，王涛，高少华，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西;14