專利名稱：基于leaf光纖的botda溫度和應(yīng)變同時測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及光纖傳感技術(shù)，特別涉及一種基于LEAF光纖的BOTDA溫度和應(yīng)變同時測量方法。
背景技術(shù)：
在分布式布里淵傳感中，有布里淵光時域反射計BOTDR和布里淵光時域反射技術(shù)BOTDA兩種。在常規(guī)的溫度和應(yīng)變傳感系統(tǒng)中，無論是BOTDR還是BOTDA均使用單模光纖作為傳感介質(zhì)，并通過分析布里淵散射增益譜，即布里淵信號的功率和布里淵頻移(泵浦光脈沖的中心頻率與布里淵散射中心頻率的差)的變化得到溫度和應(yīng)變的信息。在分布式布里淵傳感系統(tǒng)中，不同位置的傳感信號在光路中的傳輸距離不同，信號有不同傳輸損耗，這極大影響了對布里淵散射信號功率的測量。另外光源自身功率不穩(wěn)定，信道噪聲等因素對布里淵散射信號功率的測量也造成了很大的影響。目前的布里淵分布式傳感系統(tǒng)中，絕大部分的測量誤差是由布里淵散射信號功率的測量誤差引起的。為了提高對布里淵散射信號功率測量的精度，在測量系統(tǒng)中引入?yún)⒖脊獾姆椒ū惶岢?。目前的技術(shù)條件下，通常采用瑞利散射光信號和反向斯托克斯光信號作為參考光，從而較為有效解決了光源不穩(wěn)定和長距離傳輸?shù)葐栴}對信號功率的影響。但是，光功率探測器自身的噪聲以及測量精度等因素引起的測量值漲落仍然是制約溫度和應(yīng)變測量精度以及傳感系統(tǒng)分辨率和動態(tài)范圍的主要因素?；诖耍景l(fā)明提出了基于LEAF光纖布里淵增益譜具有多個增益峰的多峰測量方法。在這種方法中，摒棄了對布里淵散射信號絕對功率的測量，從而避免了光信號功率測量誤差對測量結(jié)果的影響。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的目的在于提供一種基于LEAF光纖的BOTDA溫度和應(yīng)變同時測量方法，使溫度和應(yīng)變可以同時被測量，避免了光信號功率測量誤差對測量結(jié)果的影響。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
本發(fā)明的工作原理為采用連續(xù)探測光和窄脈沖單頻泵浦光在LEAF光纖中產(chǎn)生受激布里淵散射，將布里淵散射信號與本地的參考光信號進(jìn)行差頻檢測后，得到LEAF光纖中受激布里淵散射信號的第一個和第二個增益峰的布里淵頻移和線寬，通過數(shù)據(jù)擬合獲得該測量空間上的溫度和應(yīng)變，改變測量時刻則可獲得沿光纖的溫度和應(yīng)變分布。一種基于LEAF光纖的BOTDA溫度和應(yīng)變同時測量方法，包括以下步驟
①波長連續(xù)光源信號通過光衰減器獲得合適的信號強(qiáng)度，作為探測光信號；
②將窄線寬光信號通過耦合器分為第一路光信號和第二路光信號；
③第一路光信號通過偏振控制器后，采用電光強(qiáng)度調(diào)制進(jìn)行調(diào)制，合理設(shè)置調(diào)制參數(shù)后得到頻率移動近似等于布里淵頻移的上移和下移的泵浦光脈沖； ④光濾波器選取頻率上移的信號作為泵浦脈沖信號，并使泵浦脈沖信號通過偏振擾頻器，這樣可以減少泵浦光信號與探測光信號之間的偏振失配；
⑤將探測光信號和泵浦光信號從兩端注入到LEAF光纖中，產(chǎn)生受激布里淵散射；
⑥第二路光信號作為本地參考光，與受激布里淵散射信號進(jìn)行外差接收得到外差信號，從而得到布里淵頻移信號的頻譜；由外差信號并獲得LEAF光纖中第一個和第二個增益峰的布里淵頻移及線寬，將第一個和第二個增益峰的布里淵頻移及線寬進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，從而得到該空間位置上的溫度和應(yīng)變；
⑦改變測量時間得到沿光纖的溫度和應(yīng)變分布。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是
提高了 BOTDA系統(tǒng)同時測量溫度和應(yīng)變的動態(tài)范圍和分辨率，有效克服了光功率測量誤差對測量結(jié)果的制約，在光纖分布式傳感中有廣闊的應(yīng)用前景。


圖1是本發(fā)明的連續(xù)探測光頻譜；
圖2是本發(fā)明探測光頻譜、泵浦光頻譜以及布里淵增益譜；
圖3是本發(fā)明探測光和泵浦光相互作用后的頻譜；
圖4是本發(fā)明外差后的頻譜；
圖5是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意 附圖標(biāo)記為1為波長連續(xù)光源、2為光衰減器、3為LEAF光纖、4為光環(huán)形器、5為偏振擾頻儀、6為電光強(qiáng)度調(diào)制器、7為偏振控制器、8為窄線寬光源、9為耦合器、10為光電探測器、11為電頻譜儀。
具體實施例方式下面將結(jié)合附圖及具體實施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。一種基于LEAF光纖的BOTDA溫度和應(yīng)變同時測量方法，包括以下步驟①波長連續(xù)光源信號通過光衰減器獲得合適的信號強(qiáng)度，作為探測光信號；②將窄線寬光信號通過率禹合器分為第一路光信號和第二路光信號；③第一路光信號通過偏振控制器后，米用電光強(qiáng)度調(diào)制進(jìn)行調(diào)制，合理設(shè)置調(diào)制參數(shù)后得到頻率移動近似等于布里淵頻移的上移和下移的泵浦光脈沖光濾波器選取頻率上移的信號作為泵浦脈沖信號，并使泵浦脈沖信號通過偏振擾頻器，這樣可以減少泵浦光信號與探測光信號之間的偏振失配；⑤將探測光信號和泵浦光信號從兩端注入到LEAF光纖中，產(chǎn)生受激布里淵散射；⑥第二路光信號作為本地參考光，與受激布里淵散射信號進(jìn)行外差接收得到外差信號，從而得到布里淵頻移信號的頻譜；由外差信號并獲得LEAF光纖中第一個和第二個增益峰的布里淵頻移及線寬，將第一個和第二個增益峰的布里淵頻移及線寬進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，從而得到該空間位置上的溫度和應(yīng)變；⑦改變測量時間得到沿光纖的溫度和應(yīng)變分布。
實施例波長范圍為400nm-2400nm的波長連續(xù)光源經(jīng)過光衰減器2后獲得強(qiáng)度合適的探測光，其頻譜如圖1所示，并記其中心頻率為頃率為IMHz左右的窄線寬光源，通過1:2耦合器10 —分為二。第一路光信號通過偏振控制器8后采用電光強(qiáng)度調(diào)制器7進(jìn)行調(diào)制，設(shè)置參數(shù)使得調(diào)制器7輸出頻率為％ ±力，脈寬為IOns的脈沖光,其中Vs為布里淵頻移。米用光濾波器對脈沖信號濾波后,僅輸出頻率為力+Vj的脈沖。之后脈沖信號進(jìn)入偏振擾頻儀6，使得脈沖信號的偏振狀態(tài)得到連續(xù)
的改變，從而避免泵浦脈沖光信號與連續(xù)探測光信號的偏振失配。脈沖光信號經(jīng)過光環(huán)形器4后進(jìn)入LEAF光纖3中，在LEAF光纖3中泵浦脈沖光和連續(xù)探測光將相互作用產(chǎn)生受激布里淵散射，探測光頻譜、泵浦光頻譜以及受激布里淵散射增益譜如圖2所示，探測光和泵浦光相互作用產(chǎn)生的受激布里淵散射的頻譜如圖3所示。之后受激布里淵散射信號經(jīng)過環(huán)形器4與耦合器10中的第二路信號在光電探測器11中進(jìn)行外差接收，外差后獲得的外差信號頻譜如圖4所示。由圖4所示外差信號可獲得LEAF光纖中受激布里淵散射信號第一個和第二個增益峰的布里淵頻移及線寬，從而可以獲得該空間位置上的溫度和應(yīng)變，改變測量時刻可獲得沿光纖的溫度和應(yīng)變分布，需要說明的是本發(fā)明本例中受激布里淵頻譜增益峰的線寬指的是峰值的半高全寬FWHM。在本實施例中，通過LEAF光纖中受激布里淵散射信號第一個和第二個增益峰的布里淵頻移及線寬獲得該空間位置上的溫度和應(yīng)變需要一個標(biāo)定的過程。受激布里淵散射譜與LAEF光纖所在空間位置上的溫度和應(yīng)變有如下關(guān)系
權(quán)利要求
1.一種基于LEAF光纖的BOTDA溫度和應(yīng)變同時測量方法，其特征在于，包括以下步驟 ①波長連續(xù)光源信號通過光衰減器獲得合適的信號強(qiáng)度，作為探測光信號； ②將窄線寬光信號通過耦合器分為第一路光信號和第二路光信號； ③第一路光信號通過偏振控制器后，采用電光強(qiáng)度調(diào)制進(jìn)行調(diào)制，合理設(shè)置調(diào)制參數(shù)后得到頻率移動近似等于布里淵頻移的上移和下移的泵浦光脈沖； ④光濾波器選取頻率上移的信號作為泵浦脈沖信號，并使泵浦脈沖信號通過偏振擾頻器，這樣可以減少泵浦光信號與探測光信號之間的偏振失配； ⑤將探測光信號和泵浦光信號從兩端注入到LEAF光纖中，產(chǎn)生受激布里淵散射； ⑥第二路光信號作為本地參考光，與受激布里淵散射信號進(jìn)行外差接收得到外差信號，從而得到布里淵頻移信號的頻譜；由外差信號并獲得LEAF光纖中第一個和第二個增益峰的布里淵頻移及線寬，將第一個和第二個增益峰的布里淵頻移及線寬進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，從而得到該空間位置上的溫度和應(yīng)變； ⑦改變測量時間得到沿光纖的溫度和應(yīng)變分布。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于LEAF光纖的BOTDA溫度和應(yīng)變同時測量方法，其特征在于，所述受激布里淵散射譜與LAEF光纖所在空間位置上的溫度和應(yīng)變有如下關(guān)系
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于LEAF光纖的BOTDA溫度和應(yīng)變同時測量方法，針對現(xiàn)有溫度和應(yīng)變同時測量方法中無法精確測量光信號絕對功率從而無法提高測量精度的缺點(diǎn)，提出了利用LEAF光纖中受激布里淵增益譜具有多個增益峰的特性進(jìn)行溫度和應(yīng)力的同時測量。利用連續(xù)探測光和窄線寬脈沖泵浦光在LEAF光纖中產(chǎn)生受激布里淵散射，通過測量布里淵散射信號第一個和第二個增益峰的布里淵頻移和線寬，并用擬合算法對測得數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，從而完成沿光纖溫度和應(yīng)力分布的測量。本發(fā)明不需要測量布里淵散射信號的絕對功率，有效提高了BOTDA系統(tǒng)的動態(tài)性能和空間分辨率，在分布式光纖傳感系統(tǒng)中有廣泛的應(yīng)用前景。
文檔編號G01B11/16GK103063325SQ201310015240
公開日2013年4月24日 申請日期2013年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月16日
發(fā)明者劉永, 袁飛, 楊帆, 洪向前, 唐琳峰, 張尚劍 申請人:電子科技大學(xué)