本發(fā)明涉及一種溫度增敏型分布式布里淵光纖傳感器，屬于光學領域。

背景技術：

光纖作為一種以光為媒介的傳感器，抗電磁干擾，能夠適應惡劣的自然環(huán)境；損耗低，適用于長距離傳感；光纖本身即是信號的傳輸通道，又是傳感器。光纖因其體積小、重量輕、抗電磁干擾、對溫度和應變敏感等獨特優(yōu)點而被廣泛研究。

布里淵光時域分析技術是受激布里淵散射和光時域分析技術的結合。受激布里淵散射包括兩束反向傳播的光波，即泵浦光和探測光，泵浦光和探測光的頻率差被稱為布里淵頻移(Brillouin Frequency shift)，簡稱BFS，布里淵散射光的光譜被稱為布里淵增益譜(Brillouin Gain Spectrum)。通過逐步改變泵浦光和探測光的頻率差，使其在布里淵頻移附近變化，就可以獲得布里淵增益譜。由于光纖中每一點的布里淵頻移與光纖該點的受力狀態(tài)和溫度變化有關，通過對布里淵增益譜中心頻移的解調(diào)，便可得知溫度或應變的大小。

光時域分析技術由脈沖泵浦光和連續(xù)的探測光組成，脈沖光的寬度決定分布式探測的空間分辨率。脈沖光在光纖中傳播時與連續(xù)光相互作用，光纖中各點依次發(fā)生受激布里淵散射效應，產(chǎn)生斯托克斯光。通過計算斯托克斯光與泵浦光的時間差τ，便可在時域上進行分析。信號中每個時間點所對應光纖中的位置可由下式得到：

其中：n是光纖的折射率，c是真空中的光速。

基于布里淵光時域分析技術的光纖傳感可以同時對外界環(huán)境進行溫度和應變的分布式探測，因而可以被很好地應用于石油天然氣管線泄露監(jiān)測，電力電纜溫度監(jiān)測，大型民用工程結構健康監(jiān)測，地鐵隧道變形監(jiān)測和火災預警等等。分布式布里淵光時域分析技術的技術以光纖作為傳光介質(zhì)和傳感單元，可以實現(xiàn)對待測目標在空間上連續(xù)的應變測量，布線簡單，易于組網(wǎng)，信噪比高，測量精度高，具有測量距離長和空間分辨率高等特點。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所解決的技術問題是提出了一種溫度增敏型分布式布里淵光纖傳感器。該傳感器的制造方法是將鍍金單模光纖在1000度高溫下退火，釋放光纖在生產(chǎn)過程中累積的內(nèi)應力，以提高光纖的溫度靈敏度。采用鍍金光纖光纖的原因是在高溫狀態(tài)下，黃金涂敷層可以有效保護石英單模光纖，并且阻止其與空氣中的氫氣發(fā)生晶化反應，進而大大提高了鍍金光纖的機械性能。與塑料涂覆層光纖相比，這種鍍金光纖退火后不僅提高的溫度靈敏度，而且可以重復使用，大大提高了光纖的實用性。

本發(fā)明的技術方案：

一種溫度增敏型分布式布里淵光纖傳感器，包括：激光器、光纖耦合器、一號偏振控制器、電光調(diào)制器、任意函數(shù)發(fā)生器、擾偏儀、摻鉺光纖放大器、二號偏振控制器、電光調(diào)制器、微波發(fā)生器、光學隔離器、摻鉺光纖放大器、傳感光纖、一號光纖環(huán)形器、二號光纖環(huán)形器、光纖光柵濾波器、探測器和示波器，

所述激光器通過光纖耦合器分成的上支路光作為泵浦光，經(jīng)過一號偏振控制器調(diào)節(jié)偏振態(tài)后進入電光調(diào)制器，在任意函數(shù)發(fā)生器控制下，電光調(diào)制器輸出脈沖波形經(jīng)過擾偏儀擾亂偏振態(tài)后被摻鉺光纖放大器放大，經(jīng)過一號光纖環(huán)形器進入傳感光纖；

下支路提供探測光，經(jīng)過二號偏振控制器調(diào)節(jié)偏振態(tài)后進入電光調(diào)制器，電光調(diào)制器將微波發(fā)生器產(chǎn)生的微波信號加載到探測光上，經(jīng)過光纖隔離器和摻鉺光纖放大器放大后，進入傳感光纖；

所述傳感光纖中產(chǎn)生的斯托克斯光經(jīng)過一號環(huán)形器進入二號環(huán)形器，利用光纖布拉格光柵濾出下邊頻，再經(jīng)過二號環(huán)形器，進入探測器轉換成電信號，在示波器上顯示。

進一步，所述傳感光纖結構分為三層，從內(nèi)至外為純石英纖芯、摻雜石英包層和鍍金涂敷層。

進一步，所述激光器可為可調(diào)諧光纖激光器或分布反饋式半導體激光器DFB或保偏光纖輸出。

進一步，所述探測器為差分探測器或光電探測器。

本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明提出的增敏型分布式布里淵傳感器溫度系數(shù)高提高20％，對溫度更敏感。鍍金涂覆層可以有保護光纖在高溫下不被破壞，阻止其晶化，大大提高了光纖的機械強度。傳感器傳感距離長，空間分辨率高，測量精度高，重復性好。纖芯由純凈石英光纖組成，包層由摻雜石英組成，涂敷層由黃金組成。黃金涂敷層可以耐高溫，在高溫下保護光纖，并且阻止其晶化，可以有效提高光纖機械強度，提高光纖重復使用性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明結構示意圖；

圖2是本發(fā)明退火與未退火光纖溫度系數(shù)對比坐標系；

圖3是鍍金光纖端面結構示意圖。

具體實施方式

以下將結合附圖對本發(fā)明進行詳細說明。

具體實施方式一：本實施方式所述一種使用鍍金光纖，實現(xiàn)增敏型分布式布里淵光纖傳感器。激光器1輸出頻率為ν₀的連續(xù)激光，經(jīng)過光纖耦合器2分成兩路光分別提供泵浦光與探測光，光纖耦合器分光比為50：50。上路連續(xù)光先經(jīng)過一號偏振控制器3調(diào)制偏振態(tài)，進入電光調(diào)制器4。在任意函數(shù)發(fā)生器5控制下，電光調(diào)制器4輸出脈沖波形經(jīng)過擾偏儀6擾亂偏振態(tài)后被摻鉺光纖放大器7放大，經(jīng)過光纖環(huán)形器14進入待測光纖13。

下支路提供探測光，經(jīng)過二號偏振控制器8調(diào)節(jié)偏振態(tài)后進入電光調(diào)制器9，電光調(diào)制器9的作用是將微波發(fā)生器10產(chǎn)生的微波信號加載到探測光上，在原載波光基礎上產(chǎn)生頻差為布里淵頻移ν_B的上下邊頻光，其頻率分別為ν₀±ν_B，其中ν₀為原激光器頻率。經(jīng)過光纖隔離器11和摻鉺光纖放大器12放大后，進入待測光纖13。

泵浦光和探測光在待測光纖13中發(fā)生受激布里淵散射現(xiàn)象，產(chǎn)生的斯托克斯光經(jīng)過一號環(huán)形器14進入二號環(huán)形器15，利用光纖布拉格光柵16濾出下邊頻頻率為ν₀-ν_B，再經(jīng)過二號環(huán)形器15，進入探測器17轉換成電信號，在示波器18上顯示。

具體實施方式二：本實施方式與實施方式一的不同之處在于，傳感光纖13兩端采用偏振控制器調(diào)節(jié)偏振態(tài)。

具體實施方式三：本實施方式與實施方式一的不同之處在于，使用單邊帶調(diào)制器產(chǎn)生邊頻光作為探測光。

具體實施方式四：本實施方式與實施方式一的不同之處在于，采用可調(diào)諧濾波器慮出斯托克斯光。