基於布裡淵光時域1100℃光纖傳感器的製作方法

2023-06-10 12:19:16 2

本實用新型涉及光學領域，具體涉及一種基於布裡淵光時域1100℃光纖傳感器。

背景技術：

溫度作為我們日常重要的物理參量之一，它的測量一直是一個比較重要的應用，尤其是在高溫範圍的測量，例如金屬的高頻熔煉、淬火，化工廠的高溫反應罐，發電廠的鍋爐，航空發動機等需要測溫的場所；由於光纖具有抗電磁幹擾，電絕緣性，體積小，穩定性、可靠性好，耐腐蝕等眾多的優點，在高溫測量方面具有很大的優勢。

目前國內外提出的高溫光纖傳感器主要分為：點式高溫光纖傳感器和分布式高溫傳感器。其中點式高溫傳感器主要是對光纖進行微結構加工，刻劃光柵或者構造各種幹涉腔型等等，測量其反射譜或者是透射譜，觀察幹涉條紋的波長移動情況；而分布式高溫傳感器則主要是利用光纖中拉曼散射光和布裡淵散射光對溫度的敏感性進行傳感的，布裡淵散射光的波長則會隨著溫度的升高而逐漸偏離入射光的波長，布裡淵分布式溫度傳感技術就是基於這一原理進行的。

目前，高溫傳感器中，點式傳感器發展更加成熟，但是FBG和LPFG高溫下易擦除， LPFG還易受彎曲、扭曲影響，F-P靈敏度又不夠高，分布式具有特別大的優勢，它鋪設簡單，能分布式傳感，對於大範圍傳感優勢明顯，通過布裡淵時域分析技術能夠得到待測光纖各點的溫度和應力，相對於其它準分布式或點式傳感技術具有不可比擬的優勢。連續分布式布裡淵光纖溫度和應變傳感儀應用領域包括：石油天然氣管道和存儲罐的溫度和變形監測，火災報警，海底或陸地高壓電纜的溫度和應變監測，和橋梁、大壩和隧道等大型建築物的結構健康監測等。

技術實現要素：

本實用新型的目的是為解決點式傳感器的光纖高溫下易擦除、測量溫度範圍窄等問題，提供一種基於布裡淵光時域1100℃光纖傳感器。

本實用新型為解決上述問題採取的技術方案是：所述基於布裡淵光時域1100℃光纖傳感器，包括：雷射器、耦合器、任意函數發生器、第一電光調製器、擾偏器、摻鉺光纖放大器、環形器、微波源或單邊帶調製器、第二電光調製器、隔離器、待測光纖、濾波器、光電探測器和數據採集器；

所述雷射器的輸出端連接耦合器的輸入端，所述耦合器的輸出端分別連接第一電光調製器和第二電光調製器的輸入端；

所述第一電光調製器的輸出端連接擾偏器的輸入端，所述擾偏器的輸出端連接摻鉺光纖放大器的輸入端，所述摻鉺光纖放大器的輸出端連接環形器的1埠，所述第一電光調製器的輸入端還連接任意函數發生器；

所述第二電光調製器的輸出端連接隔離器的輸入端，所述隔離器的輸出端與待測光纖的輸入端連接，所述待測光纖的輸出端連接環形器的2埠，所述環形器的3埠連接濾波器的輸入端，所述濾波器的輸出端連接光電探測器的輸入端，所述光電探測器的輸出端連接數據採集器的輸入端；

所述第二電光調製器的輸入端還連接微波源或單邊帶調製器的輸出端。

進一步地，所述雷射器為輸出方式為保偏光纖輸出。

進一步地，所述雷射器採用可調諧光纖雷射器。

進一步地，所述耦合器的耦合比為95:5至80:20之間。

進一步地，所述濾波器為光纖光柵濾波器。

進一步地，所述基於布裡淵光時域1100℃光纖傳感器，還包括第一偏振控制器和第二偏振控制器，所述耦合器的輸出端分別連接第一偏振控制器和第二偏振控制器，所述第一偏振控制器的輸出端連接第一電光調製器的輸入端，所述第二偏振控制器的輸出端連接第二電光調製器的輸入端。

有益效果：本實用新型通過不同溫度下的布裡淵頻移，得到溫度和布裡淵頻移之間的函數關係，進而利用布裡淵散射進行分布高溫光纖傳感，避免將光纖長時間置於高溫下，導致光纖結構被破壞，可以測量更寬的溫度範圍，由於本實用新型是採用分布式布裡淵散射技術，所以可以做到長距離的傳感，即可以大範圍的在高溫條件下持續長時間的工作。

附圖說明

圖1是本實用新型的一種實施方式的整體結構示意圖；

圖2是本實用新型的另一種實施方式的整體結構示意圖；

圖中：1雷射器、2耦合器、3第一偏振控制器、4任意函數發生器、5第一電光調製器、6擾偏器、7摻鉺光纖放大器、8環形器、9第二偏振控制器、10微波源或單邊帶調製器、11第二電光調製器、12隔離器、13待測光纖、14濾波器、15光電探測器、16數據採集器。

具體實施方式

具體實施方式一：結合圖1說明本實施方式，本實施方式的基於布裡淵光時域1100℃光纖傳感器結構如圖1所示，雷射器1、耦合器2、任意函數發生器4、第一電光調製器5、擾偏器6、摻鉺光纖放大器7、環形器8、微波源或單邊帶調製器10、第二電光調製器11、隔離器12、待測光纖13、濾波器14、光電探測器15和數據採集器16；

所述雷射器1的輸出端連接耦合器2的輸入端，所述耦合器2的輸出端分別連接第一電光調製器5和第二電光調製器11的輸入端；

所述第一電光調製器5的輸出端連接擾偏器6的輸入端，所述擾偏器6的輸出端連接摻鉺光纖放大器7的輸入端，所述摻鉺光纖放大器7的輸出端連接環形器8的1埠，所述第一電光調製器5的輸入端還連接任意函數發生器4；

所述第二電光調製器11的輸出端連接隔離器12的輸入端，所述隔離器12的輸出端與待測光纖13的輸入端連接，所述待測光纖13的輸出端連接環形器8的2埠，所述環形器8的3埠連接濾波器14的輸入端，所述濾波器14的輸出端連接光電探測器15的輸入端，所述光電探測器15的輸出端連接數據採集器16的輸入端；

所述第二電光調製器11的輸入端還連接微波源或單邊帶調製器10的輸出端。

工作原理：

由雷射器1發出的光經過耦合器2被分成兩束光，一束光作為泵浦光經過受任意函數發生器4控制的第一電光調製器5，被調製成脈衝光，經過擾偏器6打亂其偏振態，再經過放大器7放大，從光纖環形器8的1埠進入2埠，射入待測光纖13；另一束光作為探測光經過受微波源10控制的第二電光調製器11被調製出上下一階邊帶，經過隔離器 12進入待測光纖13中，與上路的泵浦光相互作用，如果泵浦光的頻率和探測光一階邊帶的下邊帶頻率之差剛好為待測光纖13在該溫度下的布裡淵頻移時，就會產生受激布裡淵散射，使得探測光的下邊帶光被放大，探測光從環形器8的埠進入3埠，再經過濾波器14濾掉探測光基頻光和上邊帶的光，下邊帶光強經過光電探測器15被數據採集器16 採集，將待測光纖13放到高溫爐中，將高溫爐控制在某一個較高的溫度下，這樣爐中光纖的布裡淵頻移就會偏離常溫下的布裡淵頻移，控制微波源或單邊帶調製器10對探測光一階邊帶進行掃頻，分析不同頻率下的被數據採集器16採集的光強，就能得到爐中光纖的布裡淵頻移，改變溫度多次掃頻，就能得到布裡淵頻移和溫度之間的關係，通過擬合，得到溫度和布裡淵頻移之間的函數關係，這樣就可以利用布裡淵散射進行分布高溫光纖傳感。

具體實施方式二：本實施方式在具體實施方式1的基礎上進一步限定，所述雷射器1 為輸出方式為保偏光纖輸出。

具體實施方式三：本實施方式在具體實施方式1的基礎上進一步限定，所述雷射器1 採用可調諧光纖雷射器，在一定範圍內可以連續改變雷射輸出波長。

具體實施方式四：本實施方式在具體實施方式1的基礎上進一步限定，所述耦合器2 的耦合比為95:5至80:20之間。

具體實施方式五：本實施方式在具體實施方式1的基礎上進一步限定，所述微波源或單邊帶調製器10為單邊帶調製器，產生邊頻光作為探測光。

具體實施方式六：本實施方式在具體實施方式1的基礎上進一步限定，所述濾波器 14為光纖光柵濾波器。

具體實施方式七：結合圖2說明本實施方式，本實施方式在具體實施方式1的基礎上進一步限定，還包括偏振控制器3和偏振控制器9，所述耦合器2的輸出端分別連接第一偏振控制器3和第二偏振控制器9，所述第一偏振控制器3的輸出端連接第一電光調製器 5的輸入端，所述第二偏振控制器9的輸出端連接第二電光調製器11的輸入端。