一种温度、应变、振动一体化的光纤传感装置制造方法及图纸

本发明专利技术一种温度、应变、振动一体化的光纤传感装置，属于分布式光纤传感技术领域；所要解决的技术问题为：提供一种温度、应变、振动一体化的光纤传感装置硬件结构的改进；解决上述技术问题采用的技术方案为：通过并联窄带滤波

【技术实现步骤摘要】
一种温度、应变、振动一体化的光纤传感装置


[0001]本专利技术一种温度、应变、振动一体化的光纤传感装置，属于分布式光纤传感


技术介绍

[0002]近年来，传感技术受到越来越多研究者们的关注，同时各类传感器已经广泛地应用于众多产业领域中。光纤传感作为一种新型的传感技术，凭借其体积小、重量轻、传输速度快、耐腐蚀、不受电磁干扰、成本低等独特优势，受到了世界各国研究者们的青睐。光纤传感技术是利用在光纤中传输的光信号的振幅、相位、偏振态以及波长等对外界物理量比如温度、压力、振动等参量敏感的特性，通过一系列解调技术手段得到外界信息量。光纤既作为传输媒介，又作为感知介质，可实现全分布式传感，具有传统电传感器无法替代的优势。
[0003]随着工程实际应用需求的不断提高，人们不再满足于仅对单个物理量进行传感检测而是希望同时得到更多的外界参量信息，其中温度、应变、振动是最为基础又极其重要的三个参量，对多参量同时分布式测量的传感技术的研究成为光纤传感技术中的一大难题。一方面，多参量实时测量对激光器的一致性提出了更高的要求，其中拉曼光时域反射（R
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OTDR）技术要求有足够高的入纤光功率，相位敏感光时域反射（Φ
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OTDR）技术和布里渊光时域反射（B
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OTDR）技术则要求使用窄线宽激光器，对于窄线宽激光器而言，过高的入纤光功率又会对光纤中的后向瑞利散射信号和布里渊散射信号产生较大的非线性效应影响，主要表现为散射信号的快速衰减；另一方面，多参量实时测量使用到的各类复用技术与分光技术对光纤中后向散射光信号提出更高的信噪比要求，而传统的光放大方案会造成对光信号的放大不均匀，且会产生较高的噪声系数，严重影响对后向散射信号的探测。
[0004]为此，本专利技术在窄线宽激光器的基础上，提出了一种并联窄带滤波
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级联放大结构结合分时强弱电压驱动的方法，在同一根单模光纤上实现了三个系统的融合，并构建结合时控二阶分布式随机激光放大和时控一阶分布式拉曼放大的结构，对全光纤中光信号进行分布式均匀放大，从而实现了对外界温度、应变、振动三参量的同时分布式传感检测，不仅具有广泛的市场应用空间，而且对新型光纤传感技术的研究具有重要意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术为了克服现有技术中存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种温度、应变、振动一体化的光纤传感装置硬件结构的改进。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种温度、应变、振动一体化的光纤传感装置，包括脉冲激光产生模块、时控二阶分布式随机激光放大和时控一阶分布式拉曼放大模块、并联窄带滤波
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级联放大模块、数据采集分析模块，所述脉冲激光产生模块通过1550nm窄线宽激光器采用分时强弱电压驱动方式产生高低峰值功率周期性相间的脉冲探测激光，其中高峰值功率脉冲激光用于在时控二阶分布式随机激光放大和时控一阶分布式拉曼放大模块的单模光纤中激发中心波长为1450nm和1660nm的后向拉曼散射信号，
低峰值功率脉冲激光用于在时控二阶分布式随机激光放大和时控一阶分布式拉曼放大模块的单模光纤中激发中心波长为1550nm的后向瑞利散射信号和波长在1550nm附近的后向布里渊散射信号；所述并联窄带滤波
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级联放大模块用于将返回的后向散射信号分为包含1450nm、1550nm和1660nm不同的波段，并将不同波段的信号分别采集到数据采集分析模块，分别通过Φ
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OTDR、B
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OTDR与R
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OTDR获取外界振动、应变和温度信息。
[0007]所述脉冲激光产生模块包括1550nm窄线宽激光器，所述1550nm窄线宽激光器发出中心波长为1550nm的连续窄线宽激光输入到第一光纤耦合器的输入端，第一光纤耦合器将1550nm激光分为两部分，一部分激光作为探测光从第一光纤耦合器的b端口输出，另一部分激光作为本地光从第一光纤耦合器的c端口输出；第一光纤耦合器的c输出端连接到第三光纤耦合器的a输入端；从第一光纤耦合器的b端口输出的探测光输入到声光调制器的a输入端，信号发生器连接声光调制器的c输入端，并通过分时强弱电压驱动的方式驱动声光调制器，进而产生高低峰值功率周期性相间的脉冲探测激光；声光调制器在信号发生器的驱动下将1550nm连续探测光调制成脉冲光，并产生200MHz的频移；调制后的探测脉冲光从声光调制器的b输出端输入到第一掺铒光纤放大器的输入端，第一掺铒光纤放大器对1550nm脉冲激光进行放大，放大后的脉冲激光从第一掺铒光纤放大器的输出端输入到环形器的a输入端。
[0008]所述时控二阶分布式随机激光放大和时控一阶分布式拉曼放大模块包括第二光纤耦合器、第一传感光纤、待测光纤、第二传感光纤、波分复用器、1455nm泵浦光源、第一半导体光放大器、第一光隔离器、1366nm泵浦光源、第二半导体光放大器、第二光隔离器、第三光隔离器；1550nm脉冲激光从环形器的b输出端输入到第二光纤耦合器的b输入端，随后从第二光纤耦合器的c输出端输入到第一传感光纤的输入端；从第一传感光纤的输出端输出的1550nm脉冲激光输入到待测光纤的输入端，在待测光纤上施加温度、应变、振动信号，用于系统检测识别；从待测光纤输出的1550nm脉冲激光输入到第二传感光纤的输入端，其中第一传感光纤、待测光纤和第二传感光纤均为单模光纤；从第二传感光纤输出端输出的1550nm脉冲激光输入到波分复用器的a输入端，并从波分复用器的c输出端输入到第三光隔离器的输入端；所述1455nm泵浦光源的输出端连接到第一半导体光放大器的输入端，第一半导体光放大器周期性的控制1455nm泵浦光源的通断；所述第一半导体光放大器的输出端连接到第一光隔离器的输入端；所述第一光隔离器的输出端连接到波分复用器的b输入端；所述1366nm泵浦光源的输出端连接到第二半导体光放大器的输入端，第二半导体光放大器周期性控制1366nm泵浦光源的通断；所述第二半导体光放大器的输出端连接到第二光隔离器的输入端；所述第二光隔离器的输出端连接到第二光纤耦合器的a输入端；所述第二光纤耦合器的b输入端连接到环形器的b输出端。
[0009]所述并联窄带滤波
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级联放大模块包括第四光纤耦合器、第一光滤波器、第二掺铒光纤放大器、第二光滤波器、第三掺铒光纤放大器、第三光滤波器、第四掺铒光纤放大器、第四光滤波器、第五掺铒光纤放大器；
所述环形器的c输出端连接到第四光纤耦合器的a输入端，所述第四光纤耦合器的b输出端连接到第一光滤波器的输入端，第四光纤耦合器的c输出端连接到第二光滤波器的输入端，第四光纤耦合器的d输出端连接到第三光滤波器的输入端，第四光纤耦合器的e输出端连接到第四光滤波器的输入端；所述第一光滤波器的输出端连接到第二掺铒光纤放大器的输入端；所述第二掺铒光纤放大器的输出端连接到第五光纤耦合器的a输入端；所述第二光滤波器的输出端连接到第三掺铒光纤放大器的输入端；所述第三掺铒光纤放大器的输出端连本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种温度、应变、振动一体化的光纤传感装置，其特征在于：包括脉冲激光产生模块、时控二阶分布式随机激光放大和时控一阶分布式拉曼放大模块、并联窄带滤波
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级联放大模块、数据采集分析模块，所述脉冲激光产生模块通过1550nm窄线宽激光器（1）采用分时强弱电压驱动方式产生高低峰值功率周期性相间的脉冲探测激光，其中高峰值功率脉冲激光用于在时控二阶分布式随机激光放大和时控一阶分布式拉曼放大模块的单模光纤中激发中心波长为1450nm和1660nm的后向拉曼散射信号，低峰值功率脉冲激光用于在时控二阶分布式随机激光放大和时控一阶分布式拉曼放大模块的单模光纤中激发中心波长为1550nm的后向瑞利散射信号和波长在1550nm附近的后向布里渊散射信号；所述并联窄带滤波
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级联放大模块用于将返回的后向散射信号分为包含1450nm、1550nm和1660nm不同的波段，并将不同波段的信号分别采集到数据采集分析模块，分别通过Φ
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OTDR、B
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OTDR与R
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OTDR获取外界振动、应变和温度信息。2.根据权利要求1所述的一种温度、应变、振动一体化的光纤传感装置，其特征在于：所述脉冲激光产生模块包括1550nm窄线宽激光器（1），所述1550nm窄线宽激光器（1）发出中心波长为1550nm的连续窄线宽激光输入到第一光纤耦合器（2）的输入端，第一光纤耦合器（2）将1550nm激光分为两部分，一部分激光作为探测光从第一光纤耦合器（2）的b端口输出，另一部分激光作为本地光从第一光纤耦合器（2）的c端口输出；第一光纤耦合器（2）的c输出端连接到第三光纤耦合器（19）的a输入端；从第一光纤耦合器（2）的b端口输出的探测光输入到声光调制器（3）的a输入端，信号发生器（4）连接声光调制器（3）的c输入端，并通过分时强弱电压驱动的方式驱动声光调制器（3），进而产生高低峰值功率周期性相间的脉冲探测激光；声光调制器（3）在信号发生器（4）的驱动下将1550nm连续探测光调制成脉冲光，并产生200MHz的频移；调制后的探测脉冲光从声光调制器（3）的b输出端输入到第一掺铒光纤放大器（5）的输入端，第一掺铒光纤放大器（5）对1550nm脉冲激光进行放大，放大后的脉冲激光从第一掺铒光纤放大器（5）的输出端输入到环形器（6）的a输入端。3.根据权利要求2所述的一种温度、应变、振动一体化的光纤传感装置，其特征在于：所述时控二阶分布式随机激光放大和时控一阶分布式拉曼放大模块包括第二光纤耦合器（7）、第一传感光纤（8）、待测光纤（9）、第二传感光纤（10）、波分复用器（11）、1455nm泵浦光源（12）、第一半导体光放大器（13）、第一光隔离器（14）、1366nm泵浦光源（15）、第二半导体光放大器（16）、第二光隔离器（17）、第三光隔离器（18）；1550nm脉冲激光从环形器（6）的b输出端输入到第二光纤耦合器（7）的b输入端，随后从第二光纤耦合器（7）的c输出端输入到第一传感光纤（8）的输入端；从第一传感光纤（8）的输出端输出的1550nm脉冲激光输入到待测光纤（9）的输入端，在待测光纤（9）上施加温度、应变、振动信号，用于系统检测识别；从待测光纤（9）输出的1550nm脉冲激光输入到第二传感光纤（10）的输入端，其中第一传感光纤（8）、待测光纤（9）和第二传感光纤（10）均为单模光纤；从第二传感光纤（10）输出端输出的1550nm脉冲激光输入到波分复用器（11）的a输入端，并从波分复用器（11）的c输出端输入到第三光隔离器（18）的输入端；所述1455nm泵浦光源（12）的输出端连接到第...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宇，白卫东，靳宝全，高妍，张红娟，白清，刘昕，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：