專利名稱：布里淵光時域分析和馬赫曾德爾干涉共同檢測的傳感裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及布里淵、馬赫曾德爾分布式光纖傳感器，屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
分布式光纖傳感器由于其抗電磁干擾、耐腐蝕及電絕緣性等優(yōu)點，可對被測物體進行一維無盲點的在線監(jiān)測，有著廣泛的應用前景。利用布里淵散射可以對溫度(或變)進行長距尚傳感，利用馬赫曾德爾干涉可以對振動進行長距尚傳感。例如專利101162158A公開了一種布里淵與拉曼散射相結(jié)合的分布式傳感技術(shù)測量溫度和應變，專利100588912C公開了一種光纖馬赫曾德爾與邁克爾遜干涉相結(jié)合組合陣列干涉儀測量振動，專利101324443B公開了一種利用空分復用的馬赫曾德爾級聯(lián)式光纖干涉儀測量振動。而在現(xiàn)實環(huán)境中，一些應用場合需要對振動和溫度(或應變)進行共同檢測，如何實現(xiàn)這兩種傳感器的有機結(jié)合，即兩傳感器共用光源、傳感光纖等光器件和電子處理器來實現(xiàn)雙機理傳感，是一個較難解決的技術(shù)難點。布里淵散射和馬赫曾德爾干涉用到的都是窄帶光源，并且布里淵光時域分析(BOTDA)技術(shù)需要雙端檢測，而馬赫曾德爾干涉?zhèn)鞲屑夹g(shù)也需要雙端檢測，因此在此基礎(chǔ)上可將兩者有機結(jié)合。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種布里淵光時域分析和馬赫曾德爾干涉共同檢測的分布式光纖傳感裝置。一種布里淵光時域分析和馬赫曾德爾干涉共同檢測的分布式光纖傳感裝置，其特征是窄帶光源、四個光耦合器、光放大器、光開關(guān)、兩個光偏振控制器、兩個光調(diào)制器、兩個光電檢測器、電子處理器。窄帶光源發(fā)出光經(jīng)光耦合器分為兩路，一路輸出與光調(diào)制器的輸入端相連，光調(diào)制器的輸出端與光放大器的輸入端相連，光放大器的輸出端與光偏振控制器的輸入端相連，光偏振控制器的輸出端與光稱合器的a端相連,光稱合器的c端與光纖的一端相連，光稱合器的d端與光開關(guān)的一端相連,光開關(guān)的另一端與光纖的一端相連,而光纖的另一端分別于光稱合器的a、b端相連,而光稱合器的c端與光纖一端相連,光纖另一端則與光稱合器的c端相連,光稱合器的a端與光電檢測器的輸入端相連,光稱合器的b端與光電檢測器的輸入端相連；光稱合器的另一路輸出與光調(diào)制器的輸入端相連，光調(diào)制器的輸出端與光偏振控制器的輸入端相連，光偏振控制器的輸出端與光I禹合器的b端相連,光電檢測器的輸出端分別與電子處理器的輸入端相連。電子處理器對光調(diào)制器進行控制。所述的光調(diào)制器(3)可以為電光調(diào)制器或聲光調(diào)制器，受電子處理器控制，在裝置進行布里淵信號檢測時進行光脈沖調(diào)制，使脈沖光進入傳感光纖；而在進行馬赫曾德爾干涉?zhèn)鞲袝r，光調(diào)制器不進行光幅度調(diào)制。所述的光調(diào)制器(13)為射頻電光調(diào)制器，受電子處理器控制，在裝置進行布里淵信號檢測時進行調(diào)制，使入射光產(chǎn)生頻移后進入傳感光纖；而在進行馬赫曾德爾干涉?zhèn)鞲袝r，調(diào)制器進行預調(diào)制或不進行光調(diào)制。所述的光開關(guān)(17)受電子處理器控制，在裝置進行布里淵信號檢測時斷開，在進行馬赫曾德爾干涉?zhèn)鞲袝r則閉合。利用光纖布里淵散射測量溫度、應變原理在光纖中，布里淵散射光的頻移與光纖中的有效折射率和超聲聲速有關(guān)，外界溫度和應力的變化都能使有效折射率和超聲聲速產(chǎn)生變化，從而改變布里淵頻移。所以只要檢測布里淵散射光的頻移就能得到溫度或應力在光纖上的分布。布里淵頻移的數(shù)學表達式為
νΒ = 2ηνα Λ(I)
&為布利淵頻移;為光纖纖芯折射率；G為聲速；』為泵浦光的波長。當泵浦光的波長Λ =1. 55um時，布里淵頻移約為IIGHz。布里淵頻移與外界溫度、應變呈線性關(guān)系
Δ G = C7wTAT + CtfAer⑵
其中匕為布里淵頻移變化量;Α ε為應變的變化量;Α Γ為溫度變化量為布里淵頻移溫度系數(shù)為布里淵頻移應變系數(shù)測量可得，在外界溫度或應變不變時，根據(jù)布里淵頻移可測得外界應變或溫度的變化。布里淵分布式光纖傳感主要有光時域反射(BOTDR)和光時域分析(BOTDA)兩種機理，這里采用光時域分析方式。信號光從光源進入光耦合器(2)后分為兩路，一路為激勵光，經(jīng)光調(diào)制器(3)進行光脈沖調(diào)制后進入傳感光纖(7)始端；另一路為探測光，經(jīng)光調(diào)制器(13)進行調(diào)制產(chǎn)生約IlGHz左右的頻移，進入傳感光纖(10)末端。光電檢測器(15)檢測的是探測光，其信號反映在一定頻移下傳感光纖各處的受激布里淵散射大小。當激勵光與探測光的頻差與光纖中某區(qū)域的布里淵頻移相等時，在該區(qū)域就會產(chǎn)生布里淵放大效應，兩光束相互之間發(fā)生能量轉(zhuǎn)移。由于布里淵頻移與溫度、應變存在線性關(guān)系，因此，對激光器的頻率進行連續(xù)調(diào)節(jié)的同時，通過檢測從光纖一端耦合出來的連續(xù)光的功率，就可確定光纖各段區(qū)域上能量轉(zhuǎn)移達到最大時所對應的頻率差，從而得到溫度、應變信息，實現(xiàn)分布式測量。馬赫曾德爾干涉的基本結(jié)構(gòu)為光源經(jīng)光耦合器(2)分為兩路信號光，一路信號光經(jīng)經(jīng)光耦合器(6)分為兩路，分別注入?yún)⒖急?9)和信號臂(7)，再經(jīng)光耦合器(8)進入返回光纖(10)，由光電檢測器(16)檢測干涉信號，為正向光；另一路信號光經(jīng)光耦合器(12)進入返回光纖(10)，再經(jīng)光耦合器(8)進入傳感光纖(包括參考臂、信號臂)，由光電檢測器
(15)檢測干涉信號，為反向光。正反兩路光，形成環(huán)路。 信號光在光纖的信號臂和參考臂中傳輸，信號臂用來感受外界振動，參考臂用來傳干涉儀的另一路光。當有振動或者壓力信號作用于光纖信號臂時，會引起信號臂光纖的幾何尺寸和折射率等參數(shù)發(fā)生變化，導致在其中傳輸?shù)墓獠ㄏ辔划a(chǎn)生變化。同時，參考臂中傳輸?shù)墓獠ㄏ辔徊话l(fā)生類似變化，因此信號臂和參考臂內(nèi)傳輸?shù)膬墒庵g產(chǎn)生相位差，在匯合時將發(fā)生干涉，干涉光強的變化由光電探測器轉(zhuǎn)化為電信號表現(xiàn)。
根據(jù)光的干涉理論，兩路光在任意點發(fā)生干涉時，該點光強為
權(quán)利要求
1.一種布里淵光時域分析和馬赫曾德爾干涉共同檢測的分布式光纖傳感裝置，其特征是窄帶光源(I)、四個光耦合器(2)、(6)、(8)、(12)、光放大器(4)、光開關(guān)(17)、兩個光偏振控制器(5)、(14)、兩個光調(diào)制器(3)、(13)、兩個光電檢測器(15)、(16)、電子處理器(11)，窄帶光源(I)發(fā)出光經(jīng)光耦合器(2)分為兩路，一路輸出與光調(diào)制器(3)的輸入端相連，光調(diào)制器(3)的輸出端與光放大器(4)的輸入端相連,光放大器(4)的輸出端與光偏振控制器(5)的輸入端相連，光偏振控制器(5)的輸出端與光I禹合器(6)的a端相連,光f禹合器(6)的c端與光纖(7)的一端相連,光I禹合器(6)的d端與光開關(guān)(17)的一端相連,光開關(guān)(17)的另一端與光纖(9)的一端相連，而光纖(7)、(9)的另一端分別于光耦合器(8)的a、b端相連,而光稱合器(8)的c端與光纖(10) —端相連,光纖(10)另一端則與光稱合器(12)的c端相連,光f禹合器(12)的a端與光電檢測器(16)的輸入端相連,光I禹合器(6)的b端與光電檢測器(15)的輸入端相連；光I禹合器(2)的另一路輸出與調(diào)制器(13)的輸入端相連，光調(diào)制器(13)的輸出端與光偏振控制器(14)的輸入端相連,光偏振控制器(14)的輸出端與光I禹合器(12)的b端相連,光電檢測器(15)、(16)的輸出端分別與電子處理器 (11)的輸入端相連；電子處理器(11)對光調(diào)制器(13)和光調(diào)制器(3)進行控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所示的一種布里淵光時域分析和馬赫曾德爾干涉共同檢測的分布式光纖傳感裝置，其特征是通過電子處理器(11)控制調(diào)制器(3) ,(13)光開關(guān)(17)，使裝置分別適應布里淵散射和馬赫曾德爾干涉的測量。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所示的一種布里淵光時域分析和馬赫曾德爾干涉共同檢測的分布式光纖傳感裝置，其特征是通過光耦合器出)、(8)、(12)使布里淵散射和馬赫曾德爾干涉共用光纖(7)、(10)。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種布里淵光時域分析和馬赫曾德爾干涉共同檢測的分布式光纖傳感裝置，能實現(xiàn)振動和溫度(或應變)的同時測量。裝置包括窄帶光源、四個光耦合器、光放大器、光開關(guān)、兩個光偏振控制器、兩個光調(diào)制器、兩個光電檢測器、電子處理器。該傳感裝置通過共用光源、共用傳感光纖將布里淵分布式光纖傳感器和馬赫曾德爾光纖傳感結(jié)合在一起。利用布里淵傳感測量溫度(或應力)，利用馬赫曾德爾傳感測量振動，實現(xiàn)裝置的多參量測量，從而提高了光纖傳感裝置的性價比，拓寬了其應用場合。
文檔編號G01L1/24GK102636217SQ201210004480
公開日2012年8月15日 申請日期2012年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月9日
發(fā)明者宋牟平 申請人:宋牟平