分布式光纤振动和温度传感系统技术方案

本实用新型专利技术提供一种分布式光纤振动和温度传感系统，包括激光器，激光器的输出端连接第一耦合器的输入端，第一耦合器的第一输出端连接第三耦合器的第一输入端，第二输出端通过调制器连接第二耦合器的输入端，第二耦合器的第一输出端连接第一环形器的第一端，第一环形器的第二端连接振动传感用第一传感光纤，第三端连接第三耦合器的第二输入端，第三耦合器的输出端连接平衡探测器；第二耦合器的第二输出端连接第二环形器的第一端，第二环形器的第二端连接温度传感用第二传感光纤，第三端通过波分复用器分别连接第一探测器和第二探测器，平衡探测器、第一探测器和第二探测器分别连接数据采集卡。本系统结构简单，可实现温度和振动同时解调。同时解调。同时解调。

【技术实现步骤摘要】
分布式光纤振动和温度传感系统


[0001]本技术属于分布式光纤传感领域，具体涉及一种分布式光纤振动和温度传感系统。

技术介绍

[0002]光纤传感技术始于1977年，伴随着光纤技术和光纤通信技术的发展而兴起的一种新型传感技术。它以光波为传感信号，以光纤为传输介质，感知和探测外界被测信号。当光在光纤中传播时，外界环境因素的变化会对光波参数进行调制，通过检测被调制的光波参数就可以获得外界环境的信息，从而实现传感。而在分布式光纤传感技术中，光纤既作为信号传输介质，又是传感单元,即将整根光纤作为传感单元，传感点是连续分布的，因此可以测量光纤沿线任意位置处的信息，实现长达上百公里的温度、应变、振动、声波的全分布式测量，具有不可替代的优势，为此，分布式光纤传感技术受到了人们越来越多的重视，成为目前光纤传感技术的重要研究方向。
[0003]根据被测光信号的不同，分布式光纤传感器可以分为基于光纤的瑞利散射、拉曼散射和布里渊散射三种类型，单独的一种类型只能对有限的参量实现测量。然而在实际中，外部事件往往会造成温度、振动、应变等多参数共同变化，若只对单一参量进行检测，则不能反映外部事件的完整信息，因此会导致较高的误报率和漏报率，局限性较大。多个参量之间还往往存在交叉敏感的问题，这对外部事件的信息获取带来了困难，不利于工程应用。因此，对事件的不同因素进行综合感知和分析，可以实现更精确更有效地识别，从而在动态和静态两方面对被测单元进行系统评估。
[0004]既有的融合型分布式光纤传感系统包括：：布里渊光时域反射仪(BOTDR)与拉曼光时域反射仪(ROTDR)的融合系统，主要由南安普敦大学M.N.Alahbabi课题组提出，实现了温度和应变的同时测量；相位敏感型光时域反射仪与偏振型光时域反射仪(POTDR)的融合系统，主要由电子科技大学饶云江课题组提出，实现了对偏振和相位信息的同时获取；以及POTDR与BOTDR的融合系统，主要由南京大学张旭苹课题组提出，实现了应变和振动的同时测量。然而，不同的分布式光纤传感系统往往基于不同的光散射机理，其传感原理有别且存在系统结构不同的问题。如何把多种独立的系统正确融合在一起以期实现多个参量的测量，在尽可能复用更多器件的情况下避免单独系统相互之间的干扰，从而在保障融合系统性能的同时降低成本，这是目前亟需得到解决的难题。

技术实现思路

[0005]本技术提供一种分布式光纤振动和温度传感系统，以解决目前振动和温度传感时系统需分别单独设置，每个系统测量参数单一，整体结构体积庞大的问题。
[0006]根据本技术实施例的第一方面，提供一种分布式光纤振动和温度传感系统，包括激光器、第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器、调制器、第一环形器、第二环形器、第一传感光纤和第二传感光纤，所述激光器的输出端连接该第一耦合器的输入端，所述第一耦
合器的第一输出端连接该第三耦合器的第一输入端，第二输出端通过该调制器连接该第二耦合器的输入端，所述第二耦合器的第一输出端连接该第一环形器的第一端，该第一环形器的第二端连接该第一传感光纤，第三端连接该第三耦合器的第二输入端，该第三耦合器的输出端连接平衡探测器；
[0007]所述第二耦合器的第二输出端连接该第二环形器的第一端，该第二环形器的第二端连接该第二传感光纤，第三端连接波分复用器的输入端，所述波分复用器的第一输出端连接第一探测器，第二输出端连接第二探测器，所述平衡探测器、第一探测器和第二探测器分别与数据采集卡连接，其中所述第一传感光纤用于振动传感，第二传感光纤用于温度传感。
[0008]在一种可选的实现方式中，所述调制器包括串联的电光调制器和声光调制器，所述串联的电光调制器和声光调制器的一自由端连接该第一耦合器的第二输出端，另一自由端连接该第二耦合器的输入端。
[0009]在另一种可选的实现方式中，还包括第一光纤放大器，所述第二耦合器的第一输出端通过该第一光纤放大器连接该第一环形器的第一端。
[0010]在另一种可选的实现方式中，还包括第二光纤放大器，所述第二耦合器的第二输出端通过该第二光纤放大器连接该第一环形器的第一端。
[0011]在另一种可选的实现方式中，
[0012]所述激光器用于向所述第一耦合器提供激光信号；
[0013]所述第一耦合器将所述激光信号分成两路，一路作为本振光提供给所述第三耦合器，另一路经过该调制器调制成探测脉冲光，提供给该第二耦合器；
[0014]所述第二耦合器将所述探测脉冲光分成两路，一路通过该第一环形器提供给该第一传感光纤，另一路通过该第二环形器提供给该第二传感光纤；
[0015]所述第一传感光纤在接收到所述探测脉冲光后，产生后向传输的瑞利散射光，该瑞利散射光通过该第一环形器提供给该第三耦合器；
[0016]所述第三耦合器对该本振光和该瑞利散射光进行拍频，形成拍频信号；
[0017]所述平衡探测器将该拍频信号转换为电信号，提供给该数据采集卡；
[0018]所述第二传感光纤在接收到所述探测脉冲光后，产生后向传输的拉曼散射斯托克斯光和反斯托克斯光，该拉曼散射斯托克斯光和反斯托克斯光通过该第二环形器提供给该波分复用器；
[0019]所述波分复用器将该拉曼散射斯托克斯光和反斯托克斯光分别提供给第一探测器和第二探测器；
[0020]所述第一探测器和第二探测分别将该拉曼散射斯托克斯光和反斯托克斯光转换为电信号，提供给该数据采集卡，其中基于瑞利散射光对振动进行传感，基于拉曼散射斯托克斯光和反斯托克斯光对温度进行传感。
[0021]在另一种可选的实现方式中，所述电光调制器用于将所述激光信号调制成探测脉冲光；
[0022]所述声光调制器用于对所述探测脉冲光进行频移，并将频移后的探测脉冲光提供给所述第二耦合器。
[0023]在另一种可选的实现方式中，所述第一光纤放大器用于对所述第一耦合器的第一
输出端输出的探测脉冲光进行功率放大，并将功率放大后的探测脉冲光提供给所述第一环形器；所述第一环形器将该探测脉冲光提供给该第一传感光纤。
[0024]在另一种可选的实现方式中，所述第二光纤放大器用于对所述第一耦合器的第二输出端输出的探测脉冲光进行功率放大，并将功率放大后的探测脉冲光提供给所述第二环形器；所述第二环形器将该探测脉冲光提供给该第二传感光纤。
[0025]本技术的有益效果是：
[0026]1、本技术采用第一耦合器将激光器产生的激光信号分成一路，一路作为振动传感用本振光，另一路经调制后形成的探测脉冲光，作为振动和温度传感共用的测量光，可见本系统中振动和温度传感复用了激光信号和探测脉冲光，振动和温度传感不必分别设置对应的激光信号和探测脉冲光产生装置，因而降低了系统结构复杂度和系统成本，本系统融合了传统的(相位敏感型光时域反射仪)和R
‑
OTDR(拉曼光时域反射仪)系统，解决了单个传感系统测量参量单一的问题，实现了温度和振动两种参量的同时解调；此外，本系统基于和R...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种分布式光纤振动和温度传感系统，其特征在于，包括激光器、第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器、调制器、第一环形器、第二环形器、第一传感光纤和第二传感光纤，所述激光器的输出端连接该第一耦合器的输入端，所述第一耦合器的第一输出端连接该第三耦合器的第一输入端，第二输出端通过该调制器连接该第二耦合器的输入端，所述第二耦合器的第一输出端连接该第一环形器的第一端，该第一环形器的第二端连接该第一传感光纤，第三端连接该第三耦合器的第二输入端，该第三耦合器的输出端连接平衡探测器；所述第二耦合器的第二输出端连接该第二环形器的第一端，该第二环形器的第二端连接该第二传感光纤，第三端连接波分复用器的输入端，所述波分复用器的第一输出端连接第一探测器，第二输出端连接第二探测器，所述平衡探测器、第一探测器和第二探测器分别与数据采集卡连接，其中所述第一传感光纤用于振动传感，第二传感光纤用于温度传感。2.根据权利要求1所述的分布式光纤振动和温度传感系统，其特征在于，所述调制器包括串联的电光调制器和声光调制器，所述串联的电光调制器和声光调制器的一自由端连接该第一耦合器的第二输出端，另一自由端连接该第二耦合器的输入端。3.根据权利要求1或2所述的分布式光纤振动和温度传感系统，其特征在于，还包括第一光纤放大器，所述第二耦合器的第一输出端通过该第一光纤放大器连接该第一环形器的第一端。4.根据权利要求3所述的分布式光纤振动和温度传感系统，其特征在于，还包括第二光纤放大器，所述第二耦合器的第二输出端通过该第二光纤放大器连接该第一环形器的第一端。5.根据权利要求1所述的分布式光纤振动和温度传感系统，其特征在于，所述激光器用于向所述第一耦合器提供激光信号；所述第一耦合器将所述激光信号分成两路，一路作为本振光提供给所述第三耦合器，另一路经过该调制器调制成探测...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱涛，钟子轩，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：新型
国别省市：