動(dòng)態(tài)分布式布里淵光纖傳感裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種動(dòng)態(tài)分布式布里淵光纖傳感裝 置。
【背景技術(shù)】
[0002] 光纖布里淵光時(shí)域分析技術(shù)（BOTDA)是一種基于受激布里淵散射效應(yīng)的分布式 光纖傳感技術(shù)，通過將一束泵浦光（脈沖光）和一束探測光（連續(xù)光）分別注入光纖兩端， 當(dāng)兩束光的頻率差在布里淵增益范圍時(shí)，兩束光之間由于受激布里淵效應(yīng)發(fā)生能量轉(zhuǎn)移； 對探測光逐點(diǎn)掃頻，可得出傳感光纖沿線的布里淵增益譜（BGS)分布，由此可以得到布里 淵頻移（BFS)沿傳感光纖的分布，利用頻移量與溫度/應(yīng)變成正比關(guān)系以及光時(shí)域反射技 術(shù)，可實(shí)現(xiàn)溫度和應(yīng)變的分布式測量。
[0003] BOTDA技術(shù)具有探測信號(hào)較強(qiáng)，傳感距離長、測量精度高的特點(diǎn)，在大型基礎(chǔ)設(shè)施 結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測中有著廣泛的應(yīng)用。但是由于其測量過程往往需要掃描幾百兆赫茲的布里淵 增益譜來獲得布里淵頻移，測量時(shí)間較長，因此不能將其應(yīng)用于動(dòng)態(tài)事件如動(dòng)態(tài)應(yīng)變、振動(dòng) 等的測量。目前已有的可用于動(dòng)態(tài)信號(hào)測量的BOTDA技術(shù)，有頻率梳免掃頻法，調(diào)制探測 光頻率法或者可變頻探測光法和布里淵增益斜率法，這些方法中，布里淵增益斜率法最為 簡單且性能效果較好，其他方法需要復(fù)雜的頻率調(diào)制和數(shù)據(jù)處理，然而布里淵增益斜率法 除了測量范圍有限外還存在一個(gè)嚴(yán)重的問題，系統(tǒng)的測量精度嚴(yán)重受泵浦光功率波動(dòng)的影 響。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004] 本實(shí)用新型所要解決的是布里淵增益斜率法BOTDA動(dòng)態(tài)傳感技術(shù)中測量精度嚴(yán) 重受泵浦光功率波動(dòng)影響的問題，提供了一種基于相干探測和BGS雙斜率頻點(diǎn)輔助方法的 動(dòng)態(tài)分布式布里淵光纖傳感裝置，可以在保證布里淵光纖傳感系統(tǒng)具有較長傳感距離的同 時(shí)，還能實(shí)現(xiàn)較高測量精度的動(dòng)態(tài)事件測量。
[0005] 為解決上述問題，本實(shí)用新型是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0006] -種動(dòng)態(tài)分布式布里淵光纖傳感裝置，包括窄線寬激光器、保偏親合器、親合器、 第一電光強(qiáng)度調(diào)制器、脈沖信號(hào)發(fā)生器、移頻器、光放大器、擾偏器、光環(huán)形器、偏振控制器、 第二光電強(qiáng)度調(diào)制器、微波信號(hào)源、傳感光纖、3dB耦合器、平衡光電探測器和數(shù)據(jù)采集處理 模塊。窄線寬激光器的輸出端連接保偏親合器的輸入端，保偏親合器的兩路輸出端分別連 接第一電光強(qiáng)度調(diào)制器的輸入端和親合器的輸入端。脈沖信號(hào)發(fā)生器直接連接第一電光 強(qiáng)度調(diào)制器的射頻接口，第一電光強(qiáng)度調(diào)制器的輸出端連接光放大器的輸入端；光放大器 的輸出端連接擾偏器的輸入端；擾偏器的輸出端與光環(huán)形器的A端口相連接。耦合器的兩 路輸出端分別連接移頻器的輸入端和3dB耦合器的一個(gè)輸入端；移頻器的輸出端連接偏振 控制器的輸入端，偏振控制器的輸出端連接第二光電強(qiáng)度調(diào)制器的輸入端，微波信號(hào)源直 接連接第二電光強(qiáng)度調(diào)制器的射頻接口；第二電光強(qiáng)度調(diào)制器的輸出端連接傳感光纖的一 端；傳感光纖的另一端連接光環(huán)形器的B端口；3dB耦合器的另一個(gè)輸入端連接光環(huán)形器的C端口。3dB耦合器的輸出端經(jīng)平衡光電探測器與數(shù)據(jù)采集處理模塊相連。
[0007] 上述方案中，第一電光強(qiáng)度調(diào)制器的輸出的泵浦脈沖光寬度為10ns-50ns。
[0008] 上述方案中，移頻器的移頻量&=AvB/2,其中AvB為受激布里淵增益譜的半高 全寬。
[0009] 上述方案中，微波信號(hào)源輸出的微波電信號(hào)的頻率&等于傳感光纖未受動(dòng)態(tài)應(yīng)變 時(shí)的布里淵頻移。
[0010] 上述方案中，所述傳感光纖為普通單模光纖。
[0011] 上述方案中，所述平衡光電探測器的探測帶寬為12GHZ。
[0012] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型基于相干探測和BGS雙斜率頻點(diǎn)輔助方法的動(dòng)態(tài)分 布式布里淵光纖傳感裝置，其同時(shí)采用了布里淵增益譜雙斜率頻點(diǎn)輔助法和相干探測兩種 技術(shù)。相干探測技術(shù)可以提高系統(tǒng)的信噪比、測量精度和增加傳感距離；布里淵增益譜雙斜 率頻點(diǎn)輔助法克服了傳統(tǒng)布里淵增益斜率頻點(diǎn)輔助法中泵浦脈沖光功率波動(dòng)對測量精度 影響的問題。因此本實(shí)用新型可以在保證布里淵光纖傳感系統(tǒng)具有較長傳感距離的同時(shí)， 還能實(shí)現(xiàn)較高測量精度的動(dòng)態(tài)事件測量。
【附圖說明】
[0013] 圖1為動(dòng)態(tài)分布式布里淵光纖傳感裝置的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014] -種動(dòng)態(tài)分布式布里淵光纖傳感裝置，如圖1所不，它包括窄線寬激光器01、保偏 耦合器02、耦合器03、第一電光強(qiáng)度調(diào)制器04、脈沖信號(hào)發(fā)生器05、移頻器06、光放大器 07、擾偏器08、光環(huán)形器09、偏振控制器10、第二光電強(qiáng)度調(diào)制器11、微波信號(hào)源12、傳感光 纖13、3dB耦合器14、平衡光電探測器15和數(shù)據(jù)采集處理模塊16。
[0015] 窄線寬激光器01的輸出端連接保偏耦合器02的輸入端，保偏耦合器02的兩路輸 出端分別連接第一電光強(qiáng)度調(diào)制器04的輸入端和耦合器03的輸入端；
[0016] 脈沖信號(hào)發(fā)生器05直接連接第一電光強(qiáng)度調(diào)制器04的射頻接口，第一電光強(qiáng)度 調(diào)制器04的光路輸出作為泵浦脈沖光，泵浦脈沖光的寬度由脈沖信號(hào)發(fā)生器05控制，第一 電光強(qiáng)度調(diào)制器04的輸出端連接光放大器07的輸入端；光放大器07的輸出端連接擾偏器 08的輸入端；擾偏器08的輸出端與光環(huán)形器09的A端口相連接；
[0017] 親合器03的兩路輸出端分別連接3dBf禹合器14的一個(gè)輸入端和移頻器06的輸 入端，其中與3dB親合器14 一個(gè)輸入端相連的一路光作為本振光，與移頻器06的輸入端的 另一路光作為探測光；移頻器06的輸出端連接偏振控制器10的輸入端，偏振控制器10的 輸出端連接第二光電強(qiáng)度調(diào)制器11，微波信號(hào)源12直接連接第二電光強(qiáng)度調(diào)制器11的射 頻接口；第二電光強(qiáng)度調(diào)制器11的輸出端連接傳感光纖13的一端；傳感光纖13的另一端 連接光環(huán)形器09的B端口；3dB耦合器14的另一個(gè)輸入端連接光環(huán)形器09的C端口；
[0018] 在傳感光纖13中，探測光和泵浦脈沖光因受激布里淵散射而發(fā)生相互作用；經(jīng)相 互作用的探測光進(jìn)入光環(huán)形器09的B端口，并從光環(huán)形器09的C端口輸出至3dB耦合器 14, 3dB耦合器14的輸出端經(jīng)平衡光電探測器15進(jìn)行相干探測后與數(shù)據(jù)采集處理模塊16 相連，數(shù)據(jù)采集處理模塊16同時(shí)獲取雙邊帶探測光與本振光相干探測之后的2個(gè)中頻信 號(hào)。
[0019] 在本實(shí)用新型中，所述第一電光強(qiáng)度調(diào)制器04的輸出的泵浦脈沖光寬度為 10ns-50ns，本實(shí)施例中輸出的泵浦脈沖光寬度為30ns。所述脈沖信號(hào)發(fā)生器05采用安 捷倫公司生產(chǎn)的、型號(hào)為8110A脈沖信號(hào)發(fā)生器，脈沖信號(hào)發(fā)生器輸出脈沖寬度為30ns 的電脈沖信號(hào)，這可以讓傳感裝置實(shí)現(xiàn)3m的空間分辨率。所述移頻器06的移頻量fm為 20-80MHZ，作為優(yōu)選，本實(shí)施例采用頻率上移30MHz的聲光調(diào)制器作為移頻器。所述光放大 器07為摻鉺光纖放大器，并將泵浦脈沖光的期峰值功率放大到約23dBm。所述微波信號(hào)源 12輸出的微波電信號(hào)的頻率S等于傳感光纖未受動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)的布里淵頻移。所述傳感光 纖13為普通單模光纖。所述平衡光電探測器15的探測帶寬為12GHz。所述數(shù)據(jù)采集處理 模塊16工作在外觸發(fā)模式并能同時(shí)獲取上、下邊帶探測光與本振光相干探測之后的兩個(gè) 中頻信號(hào)，觸發(fā)信號(hào)由脈沖信號(hào)發(fā)生器05提供。
[0020] 上述實(shí)施例僅用于說明本實(shí)用新型，但它并不是用來限定本實(shí)用新型，本領(lǐng)域的 開發(fā)人員可以對本實(shí)用新型的實(shí)施例進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本實(shí)用新型的精神和 范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 動(dòng)態(tài)分布式布里淵光纖傳感裝置，其特征在于：包括窄線寬激光器（01)、保偏耦合 器（02)、耦合器（03)、第一電光強(qiáng)度調(diào)制器（04)、脈沖信號(hào)發(fā)生器（05)、移頻器（06)、光放 大器（07)、擾偏器（08)，光環(huán)形器（09)、偏振控制器（10)，第二光電強(qiáng)度調(diào)制器（11)，微波 信號(hào)源（12)、傳感光纖（13)、3dB耦合器（14)、平衡光電探測器（15)和數(shù)據(jù)采集處理模塊 (16)； 窄線寬激光器（01)的輸出端連接保偏耦合器（02)的輸入端，保偏耦合器（02)的兩路 輸出端分別連接第一電光強(qiáng)度調(diào)制器（04)的輸入端和耦合器（03)的輸入端； 脈沖信號(hào)發(fā)生器（05)直接連接第一電光強(qiáng)度調(diào)制器（04)的射頻接口，第一電光強(qiáng)度 調(diào)制器（04)的輸出端連接光放大器（07)的輸入端；光放大器（07)的輸出端連接擾偏器 (08)的輸入端；擾偏器（08)的輸出端與光環(huán)形器（09)的A端口相連接； 耦合器（03)的兩路輸出端分別連接移頻器（06)的輸入端和3dB耦合器（14)的一個(gè) 輸入端；移頻器（06)的輸出端連接偏振控制器（10)的輸入端，偏振控制器（10)的輸出端 連接第二光電強(qiáng)度調(diào)制器（11)的輸入端，微波信號(hào)源（12)直接連接第二電光強(qiáng)度調(diào)制器 (11) 的射頻接口；第二電光強(qiáng)度調(diào)制器（11)的輸出端連接傳感光纖（13)的一端；傳感光 纖（13)的另一端連接光環(huán)形器（09)的B端口；3dB耦合器（14)的另一個(gè)輸入端連接光環(huán) 形器（09)的C端口； 3dB耦合器（14)的輸出端經(jīng)平衡光電探測器（15)與數(shù)據(jù)采集處理模塊（16)相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)分布式布里淵光纖傳感裝置，其特征在于：第一電光強(qiáng) 度調(diào)制器（04)的輸出的泵浦脈沖光寬度為10ns-50ns。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)分布式布里淵光纖傳感裝置，其特征在于：移頻器（06) 的移頻量f〇= Av B/2,其中A vB為受激布里淵增益譜的半高全寬。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)分布式布里淵光纖傳感裝置，其特征在于：微波信號(hào)源 (12) 輸出的微波電信號(hào)的頻率vB等于傳感光纖（13)未受動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)的布里淵頻移。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)分布式布里淵光纖傳感裝置，其特征在于：所述傳感光 纖（13)為普通單模光纖。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)分布式布里淵光纖傳感裝置，其特征在于：所述平衡光 電探測器（15)的探測帶寬為12GHz。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開一種動(dòng)態(tài)分布式布里淵光纖傳感裝置，包括窄線寬激光器、保偏耦合器、耦合器、第一電光強(qiáng)度調(diào)制器、脈沖信號(hào)發(fā)生器、移頻器，光放大器、擾偏器，光環(huán)形器、偏振控制器，第二光電強(qiáng)度調(diào)制器，微波信號(hào)源、傳感光纖、3dB耦合器、平衡光電探測器和數(shù)據(jù)采集處理模塊。其同時(shí)采用了布里淵增益譜雙斜率頻點(diǎn)輔助法和相干探測兩種技術(shù)。相干探測技術(shù)可以提高系統(tǒng)的信噪比、測量精度和增加傳感距離；布里淵增益譜雙斜率頻點(diǎn)輔助法克服了傳統(tǒng)布里淵增益斜率頻點(diǎn)輔助法中泵浦脈沖光功率波動(dòng)對測量精度影響的問題。因此本實(shí)用新型可以在保證布里淵光纖傳感系統(tǒng)具有較長傳感距離的同時(shí)，還能實(shí)現(xiàn)較高測量精度的動(dòng)態(tài)事件測量。
【IPC分類】G01B11-16, G01D5-353
【公開號(hào)】CN204439100
【申請?zhí)枴緾N201520155338
【發(fā)明人】胡君輝, 陽麗, 潘福東, 梁維剛, 王力虎
【申請人】廣西師范大學(xué)
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2015年3月19日