本发明专利技术公开了一种基于布里渊散射的分布式光纤传感装置，包括第一探测光源，第二探测光源，第一泵浦光源，第二泵浦光源，第一光开关模块，第二光开关模块，第一耦合器，第二耦合器，频率测量模块，探测光输出及信号处理模块，泵浦光输出模块和传感光纤模块。通过第一光开关模块和第二光开关模块选择第一探测光源和第一泵浦光源或者第二探测光源和第二泵浦光源作为布里渊光时域分析仪的光源，进而实现单一种类的传感光纤的应变和温度同时测量的装置，解决了布里渊分布式光纤传感中温度和应变交叉敏感效应的问题，该装置结构简单，成本低，对传感光纤的规格没有特殊要求，适用范围广，尤其是适合已建工程的分布式在线监测应用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于布里渊散射的分布式光纤传感装置，尤其是涉及一种同时测量温度和应变的分布式光纤传感装置。
技术介绍
分布式光纤传感器在电力、桥梁、大坝、石化等重要基础设施的安全监测中有重要应用。与基于拉曼散射的分布式光纤传感器相比，基于布里渊散射的分布式光纤传感器的测量距离更长、测量精度更高，并且实现温度和应力测量，因此该产品自问世以来备受人们关注。基于布里渊散射的分布式光纤传感器有两种类型布里渊光时域反射技术(Brillouin Opitcal Time Domain Reflection, B0TDR)和布里渊光时域分析技术 (Brillouin Optical Time Domain Analysis, B0TDA)。其中 BOTDR 为单端测量，结构简单，但其探测的是微弱的自发布里渊散射光，难以实现长距离、高精度测量；BOTDA则为双端测量，探测的是较强的受激布里渊散射光，其测量距离与精度优于B0TDR，是目前最具应用前景的光纤传感器。典型的BOTDA的系统结构如图I所示，包括探测光源，泵浦光源，耦合器I，耦合器2，耦合器3，外调制器，扰偏器，环形器，频率测量模块，信号探测模块，传感光纤。其中探测光源和泵浦光源的波长非常接近，其典型的频率差约为9 16GHz，探测光源和泵浦光源分别经耦合器I、耦合器2分出部分光后进入耦合器3，并由频率测量模块实现探测光源和泵浦光源的频率差的测量，外调制器一般采用电光调制器，用于产生脉冲光信号，扰偏器用于消除偏振的影响，脉冲光和泵浦光相对向入射至传感光纤，布里渊散射信号经环形器后由信号探测模块测量。基于布里渊散射的分布式光纤传感器是利用光纤布里渊背向散射效应研制的。光纤中的布里渊散射效应是注入光波场与光纤中的弹性声波场间相互耦合作用而产生的一种非线性光散射现象，其中布里渊频移Vb与波长λ、声速Va和折射率η与的关系式为Vb = 2n Va(I )Λ当环境温度变化或光纤产生形变时，光纤中声速νΑ和光的折射率η都会随之变化，从而使布里渊频移Vb发生变化。布里渊频移变化量与环境温度、光纤应变成线性关系Δ vB=Cε Δ ε +Ct Δ T(2)式中八％为布里渊频移变化量，Λ ε为光纤轴向应变，AT为光纤温度，Ce和(^分别为布里渊散射频移的应变和温度系数。布里渊散射频移的应变和温度系数Ce和(^除了与光纤结构有关，还与激光波长有关，并且激光波长差异越大，则布里渊散射频移的应变和温度系数差异越大。由于布里渊频移对温度和应变同时敏感，在健康状态监测等实际应用过程中需解决该交叉敏感效应，对此人们提出不少解决方案。如，Bao X等人采用保偏光纤、光子晶体光纤、大有效面积光纤等特殊光纤作为测量光纤，利用多个布里渊频移峰来分离温度和应变值(Simultaneous strain and temperature measurementswith polarization-maintaining fibers and their error analysis by use of adistributed Brillouin loss system, Optics letters,29 (12):1342-1344,2004),但由于特殊光纤大都价格昂贵、可获得性差，长距离测量成本过高。又如，申请号为201010229960. 7的专利技术专利公开了一种利用并列设置的至少两根布里渊频移温度系数和应力系数不同的测量光纤，并通过光开关切换方式来实现两根光纤的布里渊频移变化量的测量，通过联立方程组解决布里渊频移对温度和应变的交叉敏感效应，但需要提前敷设两种类型的单模光纤。针对长距离高压电力电缆、海底光电复合缆等监测应用，尤其是已建大型工程项目，一般仅敷设了一种单模光纤(例如G652),如何利用单一种类的单模光纤实现温度和应变的分离，是大规模应用推广基于布里渊散射的分布式光纤传感器的关键
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种利用单一种类的单模光纤实现温度和应变同时测量的分布式光纤传感装置。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为一种基于布里渊散射的分布式光纤传感装置，包括第一探测光源，第一泵浦光源，第一耦合器，第二耦合器，频率测量模块，探测光输出及信号处理模块，泵浦光输出模块，传感光纤模块，还包括第二探测光源，第二泵浦光源，第一光开关模块和第二光开关模块，所述的第一探测光源和第二探测光源分别与第一光开关模块的两个光信号输入端连接，所述的第一泵浦光源和第二泵浦光源分别与第二光开关模块的两个光信号输入端连接，所述的第一光开关模块的光信号输出端与第一耦合器的输入端连接，所述的第二光开关模块的光信号输出端与第二耦合器的输入端连接，所述的频率测量模块分别与第一耦合器和第二耦合器的一个输出端连接，所述的第一耦合器和第二耦合器的另一个输出端分别与所述的探测光输出及信号处理模块和泵浦光输出模块的输入端连接，所述的探测光输出及信号处理模块和泵浦光输出模块的输出端分别与传感光纤模块的两端连接。所述的第一探测光源和第一泵浦光源与第二探测光源和第二泵浦光源具有不同的波长范围，并且波长间隔不小于190nm。更进一步，第一探测光源和第一泵浦光源若选用(1550 ± 30) nm范围的激光光源，第二探测光源和第二泵浦光源则需选用(1310 ± 20) nm范围的激光光源或者(1064±20) nm范围的激光光源。所述的第一光开关模块和第二光开关模块可以选择第一探测光源和第一泵浦光源或者第二探测光源和第二泵浦光源作为布里渊光时域分析仪的光源。布里渊光时域分析仪需要探测光源和泵浦光源相向入射到传感光纤上，本技术方案中利用第一探测光源和第一泵浦光源组成一对布里渊光时域分析仪光源，利用第二探测光源和第二泵浦光源组成另一对布里渊时域分析仪光源，其它器件如频率测量模块、探测光输出及信号处理模块、泵浦光输出模块、耦合器等核心光电模块则共用，通过第一光开关和第二光开关模块的切换，以较低的成本实现了两套激光波长不同的布里渊光时域分析仪，此时可以获得两组传感光纤的布里渊频移变化量分布Avm(Z)和Λ vB2 (z)。由于第一探测光源和第一泵浦光源与第二探测光源和第二泵浦光源的激光波长有较大差异，他们的布里渊散射频移的应变系数Ce i、Ce2和温度系数CT1、Ct2不同，此时联立方程组可以获得传感光纤沿线各处的应变值Λ ε (ζ)和温度值ΛΤ(ζ):本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于布里渊散射的分布式光纤传感装置，包括第一探测光源，第一泵浦光源，第一耦合器，第二耦合器，频率测量模块，探测光输出及信号处理模块，泵浦光输出模块，传感光纤模块，其特征在于还包括第二探测光源，第二泵浦光源，第一光开关模块和第二光开关模块，所述的第一探测光源和第二探测光源分别与第一光开关模块的两个光信号输入端连接，所述的第一泵浦光源和第二泵浦光源分别与第二光开关模块的两个光信号输入端连接，所述的第一光开关模块的光信号输出端与第一耦合器的输入端连接，所述的第二光开关模块的光信号输出端与第二耦合器的输入端连接，所述的频率测量模块分别与第一耦合器和第二 I禹合器的一个输出端连接，所述的第一 I禹合器和第二 I禹合器的另一个输出端分别与所述的探测光输出及信号处理...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘航杰，涂勤昌，李浩泉，侯光恩，戴世勋，
申请(专利权)人：宁波诺驰光电科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：
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