基于二级布里渊散射的高灵敏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，公开了一种基于二级布里渊散射的高灵敏传感装置及方法，方法包括以下步骤：将同一激光器输出的窄线宽激光信号分为两路；一路光信号作为参考光信号，第二路光信号作为传感光；使参考光进入参考光纤并发生自发布里渊散射，将产生的布里渊后向散射参考光重新反向输入参考光纤中使其再次发生布里渊散射并输出二级布里渊后向散射参考光；另一路作为传感光，将传感光调制成为脉冲光后，进入传感光纤，将产生的布里渊后向散射传感光通过第二调制器重新进行脉冲调制后再次反向输入传感光纤并输出二级布里渊后向散射传感光；采集并分析拍频信号，解调传感光纤中的温度/应变信息。本发明专利技术可有效提高系统的测量精度。效提高系统的测量精度。效提高系统的测量精度。

【技术实现步骤摘要】
基于二级布里渊散射的高灵敏传感装置及方法


[0001]本专利技术属于分布式光纤传感系统
，具体涉及一种基于二级布里渊散射的高灵敏传感装置及方法。

技术介绍

[0002]与传统的传感系统相比分布式光纤传感具有重量轻，耐腐蚀，抗电磁干扰等优势，光纤本身既作为传感器，又作为信号的传输媒介可以实现连续性、长距离的传感。由光纤组成的传感网可以实现大面积的传感测量。在输油管道以及大型建筑的结构健康监测方面应用具有显著优势。基于布里渊散射的分布式光纤传感技术，利用布里渊频移与温度、应变的线性关系，可以实现高精度的温度，应变测量。目前利用布里渊散射的光纤传感系统有布里渊光时域反射技术（BOTDR），布里渊光时域分析技术（BOTDA），布里渊光频域分析（BOFDA），布里渊光相关域分析（BOCDA）。
[0003]布里渊光时域反射技术在提高布里渊频移量的测量精度方面，研究人员提出了提出了基于光源线宽优化的扫频式 BOTDR（FS
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BOTDR）测量精度改善方法。研究发现，在一定范围内，FS
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BOTDR测量精度随光源线宽变窄而提升，参见：白清.BOTDR系统性能提升关键技术研究[D].山西:太原理工大学,2019.一；但线宽过窄时会加剧相干瑞利噪声，使得布里渊频移（BFS）测量精度下降。此外，有人发现，通过对比不同线宽下的BFS精度可以确定最优线宽。还有人在布里渊光时域分析技术中采用差分脉宽对法（Xiaoyi Bao and Liang Chen. Recent Progress in Brillouin Scattering Based Fiber Sensors [J]. Sensors, 2011, 11: 4152
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4187）在2km的传感距离上实现了2cm的空间分辨率和2℃的温度分辨率，以及通过利用受激布里渊散射过程中的增益和损耗效应级联（金重九.布里渊高精度分布式光纤传感系统优化与实现[D].上海:上海交通大学,2013.），在布里渊光相关域分析中，提高布里渊净增益。
[0004]现有的布里渊传感技术全都是基于一级布里渊散射的传感装置，由于一级布里渊散射本身存在的特性，上述方法虽然能提高利用布里渊频移量进行测量的测量精度，但受限于一级布里渊散射信号的灵敏度，测量精度难以达到更高的要求。

技术实现思路

[0005]本专利技术克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种基于二级布里渊散射的高灵敏传感装置，用于提高布里渊频移量的测量精度，进而提高整个系统的性能。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种基于二级布里渊散射的高灵敏传感方法，包括以下步骤：S1、将同一激光器输出的窄线宽激光信号分为两路；S2、其中一路光信号作为参考光信号，第二路光信号作为传感光；使参考光进入参考光纤并在参考光纤中发生自发布里渊散射，将产生的布里渊后向散射参考光重新反向输
入参考光纤中使其再次发生布里渊散射，将产生的二级布里渊后向散射参考光输出；另一路信号作为传感光，通过第一调制器传感光调制成为脉冲光后，使脉冲传感光进入传感光纤并在传感光纤中发生自发布里渊散射，将产生的布里渊后向散射传感光通过第二调制器重新进行脉冲调制后再次反向输入传感光纤中使其再次发生布里渊散射，将产生的二级自发布里渊后向散射传感光输出；S3、将步骤S2输出的二级布里渊后向散射参考光和二级自发布里渊后向散射传感光进行拍频，采集并分析拍频信号，解调传感光纤中的温度/应变信息。
[0007]所述的一种基于二级布里渊散射的高灵敏传感方法，还包括以下步骤：改变第一调制器和第二调制器的延迟时间τ，实现传感光纤中任意一点的测量。
[0008]所述的一种基于二级布里渊散射的高灵敏传感方法，还包括以下步骤：扫描第一调制器和第二调制器的延迟时间τ，实现对传感光纤沿线的实时监测。
[0009]所述步骤S3中，解调传感光纤中的温度/应变信息的具体方法为：分析拍频信号，得到二级布里渊频移量，通过二级布里渊频移量解调温度/应变信息。
[0010]本专利技术还提供了一种基于二级布里渊散射的高灵敏传感装置，包括：窄线宽激光器，所述窄线宽激光器的输出端与分光器连接；分光器的第一输出端与第一光环形器的第一端口连接，第一光环形器的第二端口与参考光纤的一端连接，第三端口与第二光环形器的第一端口连接；第二光环形器的第二端口与参考光纤的另一端连接，第三端口与光耦合器的第一输入端连接；分光器的第二输出端经第一调制器与第三环形器的第一端口连接，第三环形器的第二端口与传感光纤的一端连接，第三端口经第二调制器与第四光环形器的第一端口连接；第四光环形器的第二端口与传感光纤的另一端连接，第三端口与光耦合器的第二输入端连接；脉冲发生器的输出端与所述第一调制器和第二调制器的控制端连接，用于驱动第一调制器和第二调制器并控制其相对延迟时间τ；耦合器的输出端与光电探测器连接，光电探测器用于接收传感光纤与参考光纤中发生的二级布里渊自发散射信号的拍频信号，输出端与频谱分析仪连接；频谱分析仪用于采集并分析拍频信号，解调传感光纤中的温度/应变信息。
[0011]所述的一种基于二级布里渊散射的高灵敏传感装置，还包括第一掺铒光纤放大器，所述第一掺铒光纤放大器设置在窄线宽激光器与分光器之间，用于放大窄线宽激光器的输出信号。
[0012]所述的一种基于二级布里渊散射的高灵敏传感装置，还包括第一光滤波器和第二光滤波器，所述第一光滤波器设置在第一光环形器的第三端口与第二光环形器的第一端口之间，用于滤除布里渊后向散射参考光中的杂散信号；所述第二光滤波器设置在第二光环形器的第三端口与第四光环形器的第一端口之间，用于滤除布里渊后向散射传感光中的杂散信号。
[0013]所述的一种基于二级布里渊散射的高灵敏传感装置，还包括第二掺铒光纤放大器和脉冲光放大器；所述第二掺铒光纤放大器设置在第一光滤波器和第二光环形器的第一端口之间，
所述脉冲光放大器设置在第二光滤波器和第四光环形器的第一端口之间。
[0014]所述分光器为1
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2光纤耦合器。
[0015]所述第一调制器和第二调制器为电光强度调制器。
[0016]本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：1、本专利技术提出了一种基于二级布里渊散射测量温度/应变的装置及方法，与现有的基于一级布里渊散射的光纤传感系统相比，本专利技术通过二级布里渊频移解调温度/应变具有2倍的温度/应变灵敏度的特点，应用二级布里渊频移系数进行温度测量，因此可以有效提高系统的测量精度。
[0017]2、本专利技术利用了两个电光强度调制器的时延τ来实现对传感光纤任意位置处的测量。通过调节两个电光强度调制器的时延τ，可以实现传感光纤任一待测点位置的传感测量，此外，通过以特定的步长扫描时延τ，可以实现对传感光纤沿线的实时监测。
附图说明
[0018]图1为本专利技术实施例提供的一种基于二级布里渊散射的高灵敏度温度/应变传感装置结构示意图。
[0019]图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于二级布里渊散射的高灵敏传感方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将同一激光器输出的窄线宽激光信号分为两路；S2、其中一路光信号作为参考光信号，第二路光信号作为传感光；使参考光进入参考光纤并在参考光纤中发生自发布里渊散射，将产生的布里渊后向散射参考光重新反向输入参考光纤中使其再次发生布里渊散射，将产生的二级布里渊后向散射参考光输出；另一路信号作为传感光，通过第一调制器传感光调制成为脉冲光后，使脉冲传感光进入传感光纤并在传感光纤中发生自发布里渊散射，将产生的布里渊后向散射传感光通过第二调制器重新进行脉冲调制后再次反向输入传感光纤中使其再次发生布里渊散射，将产生的二级自发布里渊后向散射传感光输出；S3、将步骤S2输出的二级布里渊后向散射参考光和二级自发布里渊后向散射传感光进行拍频，采集并分析拍频信号，解调传感光纤中的温度/应变信息。2.根据权利要求1所述的一种基于二级布里渊散射的高灵敏传感方法，其特征在于，还包括以下步骤：改变第一调制器和第二调制器的延迟时间τ，实现传感光纤中任意一点的测量。3.根据权利要求1所述的一种基于二级布里渊散射的高灵敏传感方法，其特征在于，还包括以下步骤：扫描第一调制器和第二调制器的延迟时间τ，实现对传感光纤沿线的实时监测。4.根据权利要求1所述的一种基于二级布里渊散射的高灵敏传感方法，其特征在于，所述步骤S3中，解调传感光纤中的温度/应变信息的具体方法为：分析拍频信号，得到二级布里渊频移量，通过二级布里渊频移量解调温度/应变信息。5.一种基于二级布里渊散射的高灵敏传感装置，其特征在于，包括：窄线宽激光器（1），所述窄线宽激光器（1）的输出端与分光器（3）连接，分光器（3）的第一输出端与第一光环形器（4）的第一端口连接，第一光环形器（4）的第二端口与参考光纤（6）的一端连接，第三端口与第二光环形器（8）的第一端口连接；第二光环形器（8）的第二端口与参考光纤（6）的另一端连接，第三端口与光耦合器（9）的第一输入端连接；分光器（3）的第二输出端经第一调制器（13）与第三环形器（14）的第一端口连接，第三环形器（14）的第二端口与传感光纤（16）的一端...

【专利技术属性】
技术研发人员：王涛，陈欢，张倩，张明江，张建忠，乔丽君，高少华，赵婕茹，刘靖阳，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：