專利名稱：一種光纖光柵結(jié)合布里淵散射信號檢測的傳感結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖布拉格光柵傳感和布里淵分布式光纖傳感，屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在分布式光纖傳感領(lǐng)域中，拉曼分布式溫度傳感器的實際應(yīng)用較為成熟，而布里淵分布式傳感器的應(yīng)用存在一些技術(shù)難點。例如專利1973178公開了一種分布式光纖傳感器，是一類利用布里淵散射現(xiàn)象測定變形或溫度的分布式光纖傳感器；專利102109362A公開了一種采用光纖布里淵頻移器的分布式光纖布里淵傳感器，是一類利用光纖的布里淵散射的頻移效應(yīng)、布里淵散射光的應(yīng)變/溫度效應(yīng)和光時域分析原理制成的分布式光纖傳感器。但是這些公開僅限于對布里淵散射長距離分布式的檢測，沒有涉及到分布式光纖傳感和其他光纖傳感的有機結(jié)合。國內(nèi)有一些專利也公開了分布式光纖布里淵散射檢測的改進方法，如101852655A 公開的分布式光纖拉曼、布里淵散射傳感器，其特征是利用基于光纖非線性光學(xué)散射的融合原理和波分復(fù)用原理，利用背向光纖自發(fā)反斯托克斯和斯托克斯拉曼散射光強度比來測光纖溫度以改良分布式布里淵散射傳感系統(tǒng)，提高系統(tǒng)的信噪比，改善了測量精度。但是沒有涉及點式傳感和分布式傳感結(jié)合的改進方法。長距離布里淵分布式光纖傳感方法也有被提出，(范勝利，宋牟平，基于光相干外差檢測的布里淵散射DOFS的研究光子學(xué)報，233-236，2005)，利用了應(yīng)用光相干和外差技術(shù)來檢測布里淵散射光信號，實現(xiàn)了長距離布里淵散射分布式光纖傳感系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種光纖光柵結(jié)合布里淵散射信號檢測的傳感結(jié)構(gòu)。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種成本低、易實現(xiàn)的光纖光柵和光纖布里淵背向散射同時檢測的傳感結(jié)構(gòu)。本發(fā)明基于電信號的頻率可以實現(xiàn)高精度控制的條件下， 采用射頻電信號光調(diào)制產(chǎn)生高精度的光頻移，結(jié)合可調(diào)波長窄帶光源，可實現(xiàn)高性價比的光纖光柵和布里淵散射信號同時檢測的技術(shù)方案。本發(fā)明的一種光纖光柵結(jié)合布里淵散射信號檢測的傳感結(jié)構(gòu)，包括(波長可調(diào))窄帶光源、光耦合器I、射頻光調(diào)制器、脈沖光調(diào)制器、光帶通濾波器、光放大器、光環(huán)形器或光雙向稱合器、光纖光柵陣列、光偏振控制器、光纖、光稱合器II、光電檢測器、電子處理器; (波長可調(diào))窄帶光源發(fā)出光，并與光耦合器相連，光經(jīng)過光耦合器后分兩路，一路通過射頻光調(diào)制器產(chǎn)生高精度光頻率移動，再通過脈沖光調(diào)制器、光帶通濾波器、光放大器、光環(huán)形器或光雙向耦合器接入光纖，從光纖光柵陣列返回的信號光和從光纖中返回的布里淵散射信號光經(jīng)環(huán)行器或光耦合器到達光電檢測器進行探測；必要時從光源出來的另一路光，經(jīng)偏振控制器與信號光經(jīng)雙向耦合器匯合后，進行光相干檢測，利用光相干檢測來提高檢測信噪比，光電檢測器連電子處理器。
上述的傳感檢測結(jié)構(gòu)中，可用于同時檢測光纖光柵反射信號和光纖布里淵背向散射信號。上述的傳感檢測結(jié)構(gòu)中，可以通過光耦合器從光源引一路參考光，經(jīng)過偏振控制器到光電檢測器，來實現(xiàn)光相干檢測，以提高檢測信噪比。本發(fā)明利用光纖布拉格光柵的中心波長隨外界傳感量的變化來進行點式傳感檢測；利用光纖布里淵散射光的中心波長隨外界傳感量的變化來進行分布式傳感檢測；通過相互補償來提高檢測精度，并實現(xiàn)多參量傳感。(波長可調(diào))窄帶光源產(chǎn)生的直流光進入光耦合器并分為兩路，一路探測光經(jīng)過射頻光調(diào)制器得到波長/頻率精確可調(diào)的激光，再經(jīng)過脈沖光調(diào)制器可得到光脈沖，經(jīng)過光帶通濾波器濾出所需頻率光，再經(jīng)光放大器進入光環(huán)行器(光雙向耦合器)，從光環(huán)行器(光雙向耦合器)一端進入的光信號進入光纖并在光纖上傳播(其間同時經(jīng)過光纖光柵陣列)，經(jīng)光纖光柵反射返回的光信號和由光纖中返回的布里淵散射信號回到光環(huán)行器(光雙向耦合器)，進入光電檢測器；光耦合器出來的光源的另一路光經(jīng)過光偏振控制器調(diào)整后進入光電檢測器，可實現(xiàn)需要的光相干檢測。利用相干檢測來提高檢測信噪比。利用如下的光纖布里淵背向散射頻移公式
= C^Ar+CtfAf得到整個分布式光纖上的信息。在此基礎(chǔ)上行，利用如下的光纖
M
光柵頻移公式(1-巧)&+( +旮I得到更精確的點式光纖光柵處的信息。
Λ與現(xiàn)有技術(shù)和方案相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于
I、本發(fā)明的檢測結(jié)構(gòu)在分布式布里淵光纖傳感結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，利用點式光纖光柵陣列對固定位置同時進行了精確的檢測，使得整個傳感系統(tǒng)在功能上更進一步；2、由于使用了 (波長可調(diào))光源和射頻光調(diào)制來實現(xiàn)光頻移，可以用來擴大波長/頻率移動范圍和精確頻移；3、結(jié)構(gòu)中可方便加入光相干檢測，以提高檢測信噪比；4，更為精確的光纖光柵的檢測可以為長距離的分布式傳感做參考，盡量減少傳感光纖各段初始信息(如溫度信息)不一致引起的測量誤差，并實現(xiàn)多機理多參量光纖傳感。


圖I是本發(fā)明的一種光纖光柵結(jié)合布里淵散射信號檢測的傳感結(jié)構(gòu)的示意圖。
具體實施例方式參照圖1，本發(fā)明包括(波長可調(diào))窄帶光源I、光耦合器2、射頻光調(diào)制器3、脈沖光調(diào)制器4、光帶通濾波器5、光放大器6、光環(huán)形器或雙向耦合器7、光纖8、光纖光柵陣列9、 光偏振控制器10、光耦合器11、光電檢測器12、電子處理器13。(波長可調(diào))窄帶光源I與光耦合器2相連，通過射頻光調(diào)制器3來調(diào)節(jié)光波長/或頻率，再通過脈沖光調(diào)制器4、光帶通濾波器5、光放大器6、光環(huán)形器或光雙向稱合器7接入帶光纖光柵的傳感光纖,其光纖光柵反射光和布里淵散射光進入光稱合器11到光電檢測器12,光稱合器2經(jīng)光偏振控制器10到光耦合器11進入光電檢測器12，可實現(xiàn)光相干檢測，光電檢測器12連電子處理器13。
(波長可調(diào))窄帶光源產(chǎn)生的光進入光耦合器分兩路，一路探測光經(jīng)過射頻光調(diào)制器得到精確波長精確可調(diào)的激光。探測光經(jīng)脈沖光調(diào)制器產(chǎn)生光脈沖，經(jīng)過帶通濾波器、光放大器進入光雙向I禹合器。從光雙向I禹合器一端進入的光信號直接到帶有光柵的光纖，探測光信號沿光纖傳播，光纖光柵陣列反射的信號光和光纖背向布里淵散射的信號光一起到達雙向耦合器，并進入光電檢測系統(tǒng)；耦合器出來的另一路光經(jīng)過偏振控制器調(diào)整后直接進入光電檢測器與探測光匯合，可實現(xiàn)光相干檢測。本發(fā)明光纖光柵和布里淵背向散射同時檢測的工作方式為通過分布式布里淵傳感系統(tǒng)進行全尺度檢測，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)損傷定位和較低精度定量，同時通過FBG系統(tǒng)對關(guān)鍵位置高精度準(zhǔn)確定量測量。窄帶光源I的波長可調(diào)的作用是擴大光波長/頻率的移動范圍， 用于光纖光柵的檢測，射頻光調(diào)制器3的作用是進行光的高精度波長/頻率移動，一方面用于高精度的光纖光柵傳感，另一方面用于布里淵分布式光纖傳感的頻移。通過兩種傳感的相互補償來提高信噪比，并實現(xiàn)多機理多參量光纖傳感。
權(quán)利要求
1.一種光纖光柵結(jié)合布里淵散射信號檢測的傳感檢測結(jié)構(gòu)，其特征是包括(波長可調(diào)) 窄帶光源(I)、光耦合器(2)、射頻光調(diào)制器(3)、脈沖光調(diào)制器(4)、光帶通濾波器(5)、光放大器(6)、光環(huán)形器(7)、光耦合器(11)、光電檢測器(12)、電子處理器(13)，(波長可調(diào))窄帶光源(I)與光耦合器(2)相連，其光耦合器(2)通過射頻光調(diào)制器(3)連接到脈沖光調(diào)制器(4)，并依次連接到光帶通濾波器(5)和光放大器(6)，光放大器(6)和光環(huán)形器(7) 相連，光環(huán)形器(7)—端和接入了光纖光柵陣列(9)的光纖(8)，另一端和光耦合器(11)的一端相連；光耦合器(2 )另一端和光偏振控制器(10 )相連并接入光耦合器(11)，光耦合器(11)和光電檢測器(12)相連并接入電子處理器(13)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種光纖光柵結(jié)合布里淵散射信號檢測的傳感結(jié)構(gòu)，其特征是所述的光纖光柵陣列的反射信號和長距離光纖的散射信號同時可被檢測。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種光纖光柵結(jié)合布里淵散射信號檢測的傳感結(jié)構(gòu)，其特征是和光環(huán)形器鏈接的光纖光柵陣列和光纖可替換為刻有光纖光柵的長距離光纖。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種光纖光柵結(jié)合布里淵散射檢測的傳感結(jié)構(gòu)，其特征是刻在光纖上的光柵陣列的反射信號和長距離光纖的散射信號也可被同時檢測。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種光纖光柵結(jié)合布里淵散射信號檢測的傳感結(jié)構(gòu)，其特征是光環(huán)形器還可替換為雙向光耦合器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光纖光柵結(jié)合布里淵散射信號檢測的傳感檢測結(jié)構(gòu)，包括(波長可調(diào))窄帶光源、光耦合器、射頻光調(diào)制器、脈沖光調(diào)制器、光帶通濾波器、EDFA光放大器、光環(huán)形器或光雙向耦合器、光耦合器、光纖光柵陣列、光偏振控制器、光纖、光電檢測器、電子處理器。利用(波長可調(diào))光源和射頻光調(diào)制使得光產(chǎn)生精確的波長/頻率控制，一起實現(xiàn)對光纖布拉格光柵(FiberBraggGrating，F(xiàn)BG，簡稱光纖光柵)反射光和布里淵(Brillouin)散射光進行光譜檢測，實現(xiàn)對光纖光柵和布里淵散射的精確傳感檢測；通過檢測光纖布里淵散射光可實現(xiàn)分布式的溫度、應(yīng)變等測量，利用光纖布拉格光柵可進行點式的溫度、應(yīng)變等測量，從而實現(xiàn)光纖光柵和布里淵散射信號共同檢測的多參量多功能光纖傳感器結(jié)構(gòu)。
文檔編號G01K11/32GK102607736SQ20111045388
公開日2012年7月25日 申請日期2011年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月30日
發(fā)明者宋牟平 申請人:宋牟平