一種消除光纖衰減的布裡淵分布式光纖傳感測溫系統的製作方法
2023-07-31 04:07:16
一種消除光纖衰減的布裡淵分布式光纖傳感測溫系統的製作方法
【專利摘要】一種消除光纖衰減的布裡淵分布式光纖傳感測溫系統，屬於布裡淵分布式光纖傳感【技術領域】。包括一個布裡淵溫度及應變監測裝置和一個光開關，該系統以BOTDA分布式系統為基礎，利用光開關控制連續探測光的通斷，分別使系統產生布裡淵散射和瑞利散射，用採集卡分別採集後向布裡淵散射光和後向瑞利散射光。採集到得兩種光通過公式的計算消除光纖衰減。本發明系統在布裡淵溫度及應變監測裝置中加入光開關，達到去除光纖衰減的目的，方法簡單，成本少，明顯提高了BOTDA系統對溫度和應變信息解調的準確度，比較容易實現。
【專利說明】一種消除光纖衰減的布裡淵分布式光纖傳感測溫系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種消除BOTDA中光纖衰減的測溫系統，具體地說是用光開關控制連續探測光的通斷，使系統分別發生布裡淵散射和瑞利散射，根據布裡淵散射和瑞利散射的信號，消除BOTDA中光纖的衰減，從而實現對溫度和應變的精確解調的一種消除光纖衰減的布裡淵分布式光纖傳感測溫系統，屬於分布式光纖傳感領域。
【背景技術】
[0002]分布式光纖傳感技術自20世紀70年代伴隨光纖通信技術的發展而迅速發展起來，目前對於他的研究主要是基於瑞利散射的分布式傳感技術；基於拉曼散射的分布式光纖傳感技術；基於布裡淵散射的分布式傳感技術。而基於布裡淵散射的溫度/應變傳感技術的研究主要集中在三個方面:(I)基於布裡淵光時域反射(BOTDR)技術的分布式光纖傳感技術(2)基於布裡淵光時域分析(BOTDA)技術的分布式光纖傳感技術(3)基於布裡淵光頻域分析(BOFDA)技術的分布式光纖傳感技術。
[0003]近年來，基於布裡淵光時域分析(BOTDA)的分布式光纖傳感技術得到了較快發展，並且逐漸地商業化。與其他分布式測量系統相比，BOTDA系統的優點是:利用受激布裡淵效應，使得接收信號強度大，測量精度高，可實現的動態範圍大，實現方便。BOTDA系統的探測距離和探測精度:理論上探測距離可以達到100km，探測精度可以達到±0.1°C的溫度解析度和±0.15m的空間解析度。加拿大渥太華大學的鮑曉毅等人已經實現了光纖長度為51km的溫度探測，對於距離較短的光線(I?3km)，使用BOTDA系統達到了 Im的空間解析度和± 1°C的溫度解析度。
[0004]在BOTDA的分布式傳感系統中分為脈衝光和連續光兩路，當兩者的頻率差與光纖中某區域的布裡淵頻移相等時，則在該區域就會產生受激布裡淵(SBS)放大效應，兩光束之間發生能量轉移。由於布裡淵頻移與溫度，應變存在線性關係，因此，在對兩雷射器的頻率進行連續調節的同時，通過檢測從光纖一端耦合出來的探測光就可以確定光纖各小段區域上能量轉移達到最大值時所對應的頻率差，從而解調出溫度和應變信息。然而光纖的衰減使光強減小，在一個掃頻周期內，如果部分光纖發生彎曲，將會造成布裡淵散射譜線的下滑，從而影響最大光強的位置確定，使得中心頻率的確定受到很大影響，解調出的溫度和應變信息也不準確。專利號為201110189749.1、發明人為李永倩、楊志、尚秋峰、發明名稱為『一種基於光纖布裡淵散射原理的海水溫度剖面BOTDA測量方法，的發明，揭示了直接與海水接觸的壓力傳感光纖和屏蔽了海水壓力的溫度傳感光纖組合在一起構成傳感光纜，並由窄線寬雷射器、光耦合器、脈衝發生器、第一光調製器、光放大器、掃頻電光調製器、環行器、光柵濾波器、光隔離器、擾偏器、光濾波器、光開關、布裡淵頻移檢測單元組成一個基於布裡淵光時域分析原理的測量系統的測量部分。此發明可以實驗海水溫度的測量，但還存有缺陷，它忽略了光纖衰減對布裡淵散射光的影響，導致中心頻率的測量不準確，從而影響海水溫度的精確測量。
【發明內容】
[0005]為了克服光纖衰減對BOTDA中溫度和應變信息的影響，本發明提出了一種利用光開關來控制BOTDA系統中連續探測光的中斷、分別產生布裡淵散射和瑞利散射的分布式測溫系統，即一種消除光纖衰減的布裡淵分布式光纖傳感測溫系統，旨在消除光纖衰減，更加精確的解調出溫度和應變的信息。
[0006]本發明的技術方案是按以下形式實現的:
[0007]一種消除光纖衰減的布裡淵分布式光纖傳感測溫系統，包括一個布裡淵溫度及應變監測裝置和一個光開關，其特徵在於布裡淵溫度及應變監測裝置包括半導體雷射器、光隔離器A、B、光耦合器、聲光調製器、摻鉺光纖放大器、擾偏器、偏振控制器、電光調製器、微波掃頻器、光濾波器、傳感光纖、光環形器A、B、布拉格光柵、光電探測器、數據米集卡、信號發生器、計算機，半導體雷射器位於光隔離器A之前，光隔離器A後面放置光耦合器，光耦合器輸出端後面一路依次放置光開關、偏振控制器、電光調製器、光濾波器、光隔離器B，另一路放置聲光調製器；光隔離器B經傳感光纖和光環形器B的2號埠相連接；聲光調製器輸出端依次放置摻鉺光纖放大器、擾偏器，擾偏器經光纖和光環形器B的I號埠相連接；光環形器A的I號埠、2號埠經光纖分別和光環形器B的3號埠、布拉格光柵相連接，其3號埠輸出後連接到光電探測器的輸入端；光電探測器的輸出端連接到數據採集卡的輸入端，數據採集卡的輸出端連接到計算機；信號發生器分別和聲光調製器、微波掃頻器、光開關及數據採集卡相連接；微波掃頻器分別和電光調製器相連接。
[0008]所述的半導體雷射器為窄線寬雷射器，線寬為1.9MHz，波長1550nm，輸出連續光功率為30mW。
[0009]所述的光隔離器為1550nm波段的單模光隔離器，隔離度為30dB。
[0010]所述的光耦合器為1:1的1*2的單模光耦合器。
[0011]所述的聲光調製器為1550nm的聲光調製器，將一路連續光調製為脈寬為10ns，重複頻率為IKHz的脈衝光。
[0012]所述的摻鉺光纖放大器將調製後的脈衝光峰值調節到布裡淵閾值以上。
[0013]所述的擾偏器為P⑶-003擾偏器。
[0014]所述的偏振控制器為三環型偏振控制器。
[0015]所述的電光調製器和微波掃頻器型號分別為KG-AM系列IOG電光調製器、HWS10120型微波掃頻器，可調製另一路連續光產生10.65GHz左右的移頻。
[0016]所述的光濾波器將調製後的光的上邊帶濾除掉。
[0017]所述的傳感光纖為IOOKm單模光纖,外部為聚碳酸酯套管。
[0018]所述的光電探測器是PR-200M3035型光電探測器。
[0019]所述的數據採集卡是150M單通道數據採集卡。
[0020]本發明的工作原理如下:開啟系統，信號發生器控制光開關的通斷，當光開關關閉時，由半導體雷射器發出的連續光入射到光隔離器A，經3dB光耦合器被分為兩路光，一路光經過聲光調製器調製為脈衝光，脈衝光的重複頻率和佔空比由驅動聲光調製器的信號發生器控制，脈衝的時間間隔要大於脈衝在光纖中的傳輸時間，同時信號發生器發出與脈衝光相同頻率和佔空比的脈衝信號作為數據採集卡的外部觸發信號，控制數據採集卡的採集。然後，脈衝光的峰值功率被摻鉺光纖放大器放大，再經過擾偏器後，作為泵浦光入射到傳感光纖的一端；另一路光先通過偏振控制器控制為固定的偏振方向，再通過微波掃頻器
驅動的電光調製器將其調製為頻移量等於微波掃頻器頻率的調製光，使用帶寬小於0.1nm
的光濾波器濾除調製光的上邊帶，再經過光隔離器B後作為信號光入射到傳感光纖的另一
端，微波掃頻器在10.6GHz-10.7GHz的頻率範圍內進行掃頻，信號發生器發出的脈衝驅動
微波掃頻器的頻率變化。信號光和泵浦光在光纖的各個位置相遇並產生背向布裡淵散射，
當兩路光的頻率差等於布裡淵頻移量時，背向散射光強度最大，通過環形器和布拉格光柵
濾除ASE噪聲，再經過光電探測器和數據採集卡採集信號，採集的探測信號的強度信息按
下式計算[0021]
【權利要求】
1.一種消除光纖衰減的布裡淵分布式光纖傳感的系統，包括一個布裡淵溫度及應變監測裝置和一個光開關，其特徵在於布裡淵溫度及應變監測裝置包括半導體雷射器、光隔離器A、B、光稱合器、聲光調製器、摻鉺光纖放大器、擾偏器、偏振控制器、電光調製器、微波掃頻器、光濾波器、傳感光纖、光環形器A、B、布拉格光柵、光電探測器、數據米集卡、信號發生器、計算機，半導體雷射器位於光隔離器A之前，光隔離器A後面放置光耦合器，光耦合器輸出端後面一路依次放置偏振控制器、電光調製器、光濾波器、光隔離器B，另一路放置聲光調製器；光隔離器B經傳感光纖和光環形器B的2號埠相連接；聲光調製器輸出端依次放置摻鉺光纖放大器、擾偏器，擾偏器經光纖和光環形器B的I號埠相連接；光環形器A的I號埠、2號埠經光纖分別和光環形器B的3號埠、布拉格光柵相連接,其3號埠輸出後連接到光電探測器的輸入端；光電探測器的輸出端連接到數據採集卡的輸入端，數據採集卡的輸出端連接到計算機；信號發生器分別和聲光調製器、微波掃頻器、光開關及數據採集卡相連接；微波掃頻器分別和電光調製器相連接。
2.如權利要求1所述的一種消除光纖衰減的布裡淵分布式光纖傳感的測溫系統，其特徵在於所述的半導體雷射器為窄線寬雷射器，線寬為1.9MHz，波長1550nm，輸出連續光功率為30mW。
3.如權利要求1所述的一種消除光纖衰減的布裡淵分布式光纖傳感的測溫系統，其特徵在於所述的光隔離器為1550nm波段的單模光隔離器，隔離度為30dB。
4.如權利要求1所述的一種消除光纖衰減的布裡淵分布式光纖傳感的測溫系統，其特徵在於所述的光稱合器為1:1的1*2的單模光稱合器。
5.如權利要求1所述的一種消除光纖衰減的布裡淵分布式光纖傳感的測溫系統，其特徵在於所述的聲光調製器為1550nm的聲光調製器，將一路連續光調製為脈寬為10ns、重複頻率為IOKHz的脈衝光。
6.如權利要求1所述的一種消除光纖衰減的布裡淵分布式光纖傳感的測溫系統，其特徵在於所述的擾偏器為PCD-003擾偏器。
7.如權利要求1所述的一種消除光纖衰減的布裡淵分布式光纖傳感的測溫系統，其特徵在於所述的偏振控制器為三環型偏振控制器。
8.如權利要求1所述的一種消除光纖衰減的布裡淵分布式光纖傳感的測溫系統，其特徵在於所述的光電探測器為PR-200M3035型光電探測器。
9.如權利要求1所述的一種消除光纖衰減的布裡淵分布式光纖傳感的測溫系統，其特徵在於所述的數據採集卡為150M單通道數據採集卡。
【文檔編號】G01K11/32GK103616090SQ201310654360
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年12月6日 優先權日:2013年12月6日
【發明者】常軍, 賈傳武, 王宗良, 蔣碩, 劉永寧, 孫柏寧, 羅沙 申請人:山東大學