本发明专利技术涉及一种基于布里渊散射的分布式光纤传感系统，包括布里渊光纤环形激光器Ａ和分布式布里渊光纤传感器Ｂ，所述布里渊光纤环形激光器Ａ输出的剩余泵浦光作为探测光输入到所述分布式布里渊光纤传感器Ｂ中，所述布里渊光纤环形激光器Ａ输出的激光作为分布式布里渊光纤传感器Ｂ的本振光，所述探测光输入分布式布里渊光纤传感器Ｂ的传感光纤中，得到含有温度和应变信息的背向布里渊散射光，其与所述本振光进行混频，即可得到所需的温度和应变信息。本发明专利技术的分布式光纤传感系统，结构简单稳定，可以实现较长距离温度和应变的同时测量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光纤激光器和光纤传感领域，具体涉及一种分布式光纤传感系统。
技术介绍
布里渊光纤环形激光器是将光纤置于谐振腔内，利用光纤中的布里渊增益而产生 激光的。布里渊光纤环形激光器具有线宽窄、频率稳定、增益方向敏感等优点，因此一直是 人们研究的热点。并且其被广泛应用于以下诸多方面分布式温度、压力传感器；窄带放大 器；微波频率产生器；移频器。目前国内外在基于受激布里渊散射的光纤激光器方面已经开展了许多非常有意 义的工作，提出了很多方案，比如常规布里渊光纤环形激光器，同腔布里渊光纤环形激光 器，非平衡的布里渊光纤环形激光器，掺铒放大布里渊光纤环形激光器。在此，我们提出了 一种新颖的布里渊光纤环形激光器，其结构简单，对光源要求低。光纤传感器作为七十年代发展起来的新型传感技术，与常规传感器相比，有很多 优点抗电磁干扰，电绝缘，耐腐蚀，本质安全；灵敏度高；重量轻，体积小，外型可变；成本 低。随着工程中应用十分广泛的光时域反射(OTDR)技术的发展，产生了分布式光纤 传感技术。和准分布式光纤传感技术相比，分布式光纤传感技术具有在传感光纤区域内同 时获取随时间和空间变化连续分布信息的能力。由于分布式光纤传感器具有其它传感技术 所无法比拟的优点，因此成为目前传感技术研究领域研究的热点。目前基于散射机理的分布式光纤传感器的研究的主要理论依据主要有瑞利散射， 拉曼散射及布里渊散射这三种。其中基于布里渊散射的分布型光纤传感技术起步相对较 晚，但是它能实现温度、应变的同时测量，并且所能达到的精度、测量范围及空间分辨率均 优于其它光纤传感技术。基于布里渊散射的温度传感技术的研究主要有①基于布里渊光 时域反射的分布型光纤温度传感技术(BOTDR)；②基于布里渊光时域分析的分布型光纤温 度传感技术(BOTDA)；③基于布里渊光频域分析的分布型光纤温度传感技术(BOFDA)。其中BOTDR的结构较为简单，不需要两个光源，支持断点测量，因此国内外很多研 究集中在这一方案上。1993年Kurashima等人首先利用相干检测的方法实现了自发布里渊 散射信号的温度应变分布式测量。这种方法实现起来较为简单，但是对光源稳定性要求较 高。后来英国的T. P. Newson等人分别用F-P干涉仪和Mach-Zehnde干涉仪等方法实现了 直接检测布里渊散射信号的实验研究，并且通过对布里渊频移和强度同时测量，实现了同 时获得温度和应变信息。近几年H. H. Kee和T. P. Newson等人采用测量瑞利信号与布里渊 信号的比(Landau-Placzek Ratio)的方法已经使空间分辨率提高到了几十厘米的范围内， 但所实现的测量精度比较差。
技术实现思路
本专利技术是基于现有技术的不足而做出的，其目的是提供一种基于布里渊散射的光纤传感系统，该传感系统包括布里渊光纤激光器和分布式布里渊光纤传感器，该激光器可 以提供一种线宽窄、频率稳定的输出；该分布式布里渊光纤传感器能够同时测量温度和应变信号。采用的具体技术方案如下一种基于布里渊散射的分布式光纤传感系统，包括布里渊光纤环形激光器A和分 布式布里渊光纤传感器B，所述布里渊光纤环形激光器A输出的剩余泵浦光作为探测光输 入到所述分布式布里渊光纤传感器B中，所述布里渊光纤环形激光器A输出的激光作为分 布式布里渊光纤传感器B的本振光，所述探测光输入分布式布里渊光纤传感器B的传感光 纤中，得到含有温度和应变信息的背向布里渊散射光，该背向布里渊散射光与所述本振光 进行混频，即可得到所需的温度和应变信息。 作为本专利技术的进一步改进，所述的布里渊光纤环形激光器A包括泵浦激光器，偏 振控制器，第一光环形器，单模光纤和光耦合器，所述泵浦激光器输出的泵浦光经过偏振控 制器调整其偏振态，再输入到第一光环形器的1端口 ；所述单模光纤一端与第一光环形器 的2端口连接，另一端连接到光耦合器；所述第一光环形器的3端口通过偏振控制器也连接 到光耦合器，所述布里渊光纤环形激光器A通过光耦合器输出所述的激光和剩余泵浦光。作为本专利技术的进一步改进，所述分布式布里渊光纤传感器B包括调制器，第二光 环形器，传感光纤和光电探测器，所述探测光经过调制器调制后输入到第二光环形器的1 端口，所述第二光环形器的2端口连接一段传感光纤，该传感光纤探测得到的传感光通过 该第二光环形器的3端口，并与所述本振光一起注入光电探测器，即可得到所需的温度和 应变信息。作为本专利技术的进一步改进，所述分布式布里渊光纤传感器B还包括电频谱分析 仪，所述光电探测器连接到该电频谱分析仪，用于显示所得到的温度和应变信息。作为本专利技术的进一步改进，所述泵浦激光器为DFB激光器，作为布里渊光纤环形 激光器A的泵浦光源。作为本专利技术的进一步改进，所述调制器用于将连续的剩余泵浦光调制成有一定间 隔的矩形的脉冲信号。本专利技术提供了一种布里渊光纤激光器，对泵浦光源的线宽要求较低，采用普通的 单模光纤即可产生激光输出，使用的器件简单，输出的激光线宽窄、稳定。本专利技术提供的激光器中，包括一个窄线宽的DFB激光器，一个三端口的光环形器， 一个光耦合器，两个偏振控制器和一定长度的普通单模光纤。本专利技术采用一段普通的单模光纤作为增益介质，运用光纤中的非线性效应——受 激布里渊增益放大光信号，而无需掺铒光纤或半导体光放大器等介质。由于受激布里渊增 益只会出现在背向，所以当2端口输入泵浦光时，在2端口可以得到背向的布里渊散射信 号。2端口输出的布里渊信号从3端口重新输入单模光纤，作为种子光，引起光纤中的受激 布里渊增益，被进一步的放大，再次从2端口输出。以上过程重复进行，可以产生稳定的、窄 线宽的光信号。本专利技术采用一个光耦合器输出激光。该耦合器可以采用不同的分光比，在保证布 里渊光纤激光器稳定工作的前提下，以调节激光器的输出功率。并且剩余的泵浦光也可从 耦合器的另一个端口输出。4本专利技术提供了一种分布式布里渊光纤传感器，其特征在于基于第一方面提供的布 里渊光纤激光器，使得结构简化，稳定性好。其包括一个调制器，一个光环形器，一段普通的 单模光纤，一个光电探测器和一些分析设备。本专利技术将提供的激光器剩余的泵浦光作为传感器的探测光，将上述的激光器提供 的布里渊光纤激光器的输出信号作为本振光。本专利技术的调制器调制连续的探测光，使其变为适合于本专利技术的脉冲光信号。本专利技术的脉冲光从光纤环形器的1端口输入，从2端口输出，进入探测光纤。由于 自发的布里渊散射只发生在背面，所以传感信号从2端口输入，从3端口输出。其传感信号 相对于探测信号发生了与温度和应变有关的频移和强度改变。本专利技术将传感光信号和本专利技术第一部分提供的连续激光输出同时输入光电探测 器。由于两个信号都经过布里渊频移，通过拍频可以产生低频的信号，从而只需要低频探测 器就能很好的探测到传感信号。再经过一定的信号处理，就可以分析出其中包含的温度和 应变信息。并且根据脉冲光输入到探测器的时间确定发生温度和应力变化的位置信息。本专利技术基于现有的布里渊光纤环形激光器和分布式布里渊光纤传感器提供了一 种新的解决方案。一方面该激光器对泵浦光源的要求较低，一般的DFB激光器就能较好的 满足要求。并且普通的单模光纤就可以作为增益介质，不需要昂贵的掺铒光纤。并且该激 光器的输出不但稳定而且线宽窄。本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于布里渊散射的分布式光纤传感系统，包括布里渊光纤环形激光器Ａ和分布式布里渊光纤传感器Ｂ，所述布里渊光纤环形激光器Ａ输出的剩余泵浦光作为探测光输入到所述分布式布里渊光纤传感器Ｂ中，所述布里渊光纤环形激光器Ａ输出的激光作为分布式布里渊光纤传感器Ｂ的本振光，所述探测光输入分布式布里渊光纤传感器Ｂ的传感光纤中，得到含有温度和应变信息的背向布里渊散射光，该背向布里渊散射光与所述本振光进行混频，即可得到所需的温度和应变信息。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：孙军强，唐健冠，吴奇，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：83
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