專利名稱：一種新型布里淵光時(shí)域分析器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光時(shí)域分析器，尤其是涉及一種新型布里淵光時(shí)域分析器。
背景技術(shù)：
分布式光纖傳感器在電力設(shè)備、土木工程、水利設(shè)施和通信光纜等領(lǐng)域的安全監(jiān) 控中有著廣泛的應(yīng)用。根據(jù)技術(shù)原理不同，分布式光纖傳感器主要分基于瑞利散射、拉曼散 射和布利淵散射三種，其中一種利用光纖中受激布里淵散射效應(yīng)而制成的布里淵光時(shí)域分 析器由于其所能達(dá)到的測(cè)量精度、測(cè)量范圍以及空間分辨率均高于其它傳感器而得到廣泛 的研究，且該傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)溫度、應(yīng)力等多參數(shù)同時(shí)測(cè)量的特性也使其極具發(fā)展?jié)摿?。目前已有多種方式實(shí)現(xiàn)布里淵光時(shí)域分析器，如中國(guó)專利號(hào)為200810063711. 8< 新型光纖布里淵光時(shí)域分析器 >，中國(guó)專利號(hào)為200820122233. 9< 一種新型光纖布里淵光 時(shí)域分析器〉，提出一種采用單頻光纖激光器和光纖拉曼泵浦激光器做為光源的傳感器， 提高了系統(tǒng)的信噪比，增加了測(cè)量長(zhǎng)度，改善了應(yīng)變和溫度同時(shí)測(cè)量的精度，但采用光纖激 光器與光纖拉曼泵浦激光器不僅增加成本，而且穩(wěn)定性也受到一定的影響。中國(guó)專利號(hào)為 200480043385. 4<分布式光纖傳感器 >，提出一種采用階梯式脈沖光源作為探測(cè)光，實(shí)現(xiàn)高 精度、高空間分辨率的形變或溫度測(cè)量，但其階梯式脈沖光源產(chǎn)生復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)困難。美國(guó)專 利US 7，499，151B2提出一種利用兩個(gè)半導(dǎo)體激光器(DFB)做布里淵光時(shí)域分析儀光源，通 過(guò)增加延時(shí)線方式調(diào)整兩光源的頻率差，是一種低成本的實(shí)現(xiàn)方法，但其采用延時(shí)線的方 式來(lái)調(diào)整頻差增加了測(cè)量時(shí)間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種成本低、測(cè)量精度高、測(cè)量速度快的新型 布里淵光時(shí)域分析器。本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為一種新型布里淵光時(shí)域分析器， 包括探測(cè)光源模塊、泵浦光源模塊、探測(cè)光輸出模塊和泵浦光輸出模塊，其特征在于還包括 一個(gè)光頻率差鎖定模塊，所述的探測(cè)光源模塊與所述的探測(cè)光輸出模塊之間設(shè)置有第一保 偏光纖耦合器，所述的泵浦光源模塊與所述的泵浦光輸出模塊之間設(shè)置有第二保偏光纖耦 合器，所述的第一保偏光纖耦合器的輸入端與所述的探測(cè)光源模塊連接，所述的第一保偏 光纖耦合器的兩個(gè)輸出端分別與所述的探測(cè)光輸出模塊和所述的光頻率差鎖定模塊連接， 所述的第二保偏光纖耦合器的輸入端與所述的泵浦光源模塊連接，所述的第二保偏光纖耦 合器的兩個(gè)輸出端分別與所述的泵浦光輸出模塊和所述的光頻率差鎖定模塊連接，所述的 光頻率差鎖定模塊與所述的探測(cè)光源模塊電連接。所述的探測(cè)光源模塊包括探測(cè)光源和探測(cè)光源驅(qū)動(dòng)電路，所述的光頻率差鎖定模 塊包括依次連接的用于將所述的第一保偏光纖耦合器分束的探測(cè)光與所述的第二保偏光 纖耦合器分束的泵浦光混頻得到光差頻信號(hào)的第三保偏光纖耦合器、用于完成光差頻信號(hào) 的光電轉(zhuǎn)換的寬帶光電探測(cè)器、用于測(cè)量已轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的光差頻信號(hào)的功率與頻率值的微波頻率計(jì)和用于將測(cè)量頻率與設(shè)定頻率進(jìn)行比較并輸出用于調(diào)整所述的探測(cè)光源模塊 頻率的控制信號(hào)的“比例_積分_微分”控制器，所述的第三保偏光纖耦合器的兩個(gè)輸入端 分別與所述的第一保偏光纖耦合器的一個(gè)輸出端和所述的第二保偏光纖耦合器的一個(gè)輸 出端連接，所述的“比例_積分_微分”控制器的輸出端與所述的探測(cè)光源驅(qū)動(dòng)電路連接。所述的泵浦光源模塊包括泵浦光源驅(qū)動(dòng)電路和泵浦光源，所述的泵浦光源為頻率 固定的半導(dǎo)體激光器，所述的探測(cè)光源為窄線寬可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器，所述的泵浦光源中 心頻率與所述的探測(cè)光源的中心頻率相差8 13GHZ，所述的探測(cè)光源的頻率調(diào)諧范圍大 于 2GHZ。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于采用帶“比例_積分_微分” PID調(diào)節(jié)功能的 光頻率差鎖定模塊鎖定探測(cè)光與泵光的頻率差，頻率鎖定結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量精度高、測(cè)量速度 快，即保證了測(cè)量精度又縮短了測(cè)量時(shí)間。探測(cè)光源經(jīng)保偏耦合器輸出的另一束激光與泵浦光源經(jīng)保偏耦合器輸出的另一 束光源同時(shí)進(jìn)入光頻率鎖定模塊中。光頻率差鎖定模塊實(shí)時(shí)測(cè)量?jī)墒忸l率差，并將所測(cè) 量的頻率差與預(yù)先設(shè)定的頻率差比較，輸出誤差信號(hào)用于調(diào)整探測(cè)光源的頻率，頻率差調(diào) 整采用PID控制方式，直到誤差滿足要求。光頻率差PID調(diào)整結(jié)束后即可測(cè)量該布里淵頻 點(diǎn)處的信號(hào)強(qiáng)度，通過(guò)設(shè)定不同的頻率差可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)布里淵增益譜范圍的測(cè)量。


圖1為本發(fā)明布里淵光時(shí)域分析器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明光頻率差鎖定模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。如圖1所示，一種新型布里淵光時(shí)域分析器，包括探測(cè)光源11、泵浦光源12、探測(cè) 光源驅(qū)動(dòng)電路13、泵浦光源驅(qū)動(dòng)電路14、第一保偏光纖耦合器4、第二保偏光纖耦合器模塊 5、光頻率差鎖定模塊9、第一探測(cè)光纖21、第二探測(cè)光纖22、探測(cè)光輸出模塊和泵浦光輸出 模塊，探測(cè)光輸出模塊包括保偏光纖放大器15、電光調(diào)制模塊16、第一偏振控制器17、光環(huán) 形器6和第一光開(kāi)關(guān)模塊7，泵浦光輸出模塊包括第二偏振控制器23、第二光開(kāi)關(guān)模塊8、 可調(diào)光纖衰減器24、光隔離器25、光電轉(zhuǎn)換及信號(hào)放大模塊18、高速數(shù)據(jù)采集模塊19和PC 模塊20。探測(cè)光源11為頻率可調(diào)窄線寬半導(dǎo)體激光器，泵浦光源12為頻率固定窄線寬半 導(dǎo)體激光器；泵浦光源12中心頻率與探測(cè)光源11的中心頻率相差10. 5GHZ，探測(cè)光源11的 頻率調(diào)諧范圍為2.5GHZ。光環(huán)形器模塊6設(shè)有輸入端口 61、公共端口 62、輸出端63 口三 個(gè)端口，光信號(hào)從輸入端口 61到公共端口 62為通路，輸入端口 61到輸出端口 63為阻塞， 公共端口 62到輸出端口 63為通路，公共端口 62到輸入端口 61為阻塞；第一光開(kāi)關(guān)模塊7 設(shè)有一個(gè)光信號(hào)輸入端口 71和兩個(gè)光信號(hào)輸出端口 72、73，第二光開(kāi)關(guān)模塊8設(shè)有兩個(gè)光 信號(hào)輸入端口 81和兩個(gè)光信號(hào)輸出端口 82、83 ；第一保偏光纖耦合器4設(shè)有1個(gè)輸入端口 41和兩個(gè)輸出端口 42、43，第二保偏耦合器模塊5有一個(gè)輸入端口 51和兩個(gè)輸出端口 52、 53 ；PC模塊20為工控機(jī)。
探測(cè)光源驅(qū)動(dòng)電路13與探測(cè)光源11相連，泵浦光源驅(qū)動(dòng)電路14與泵浦光源12相 連，探測(cè)光源11的輸出端與第一保偏耦合器4的輸入端口 41相連，泵浦光源12的輸出端 與第二保偏耦合器5的輸入端口 51相連，第一保偏耦合器4的一個(gè)輸出端口 42與保偏光 纖放大器15的輸入端口相連，第二保偏耦合器5的一個(gè)輸出端口 53與第二偏振控制器23 的輸入端口相連，保偏光纖放大器15的輸出端口與電光調(diào)制模塊16的輸入端口相連，電光 調(diào)制器16的輸出端口與第一偏振控制器17的輸入端口相連，第一偏振控制器17的輸出端 口與光環(huán)形器6的輸入端口 61相連，光環(huán)形器6的公共端口與第一光開(kāi)關(guān)模塊7的輸入端 口 71相連，光環(huán)形器6的輸出端口 63與光電轉(zhuǎn)換及信號(hào)放大模塊18的輸入端相連，光電 轉(zhuǎn)換及信號(hào)放大模塊18的輸出端口與高速數(shù)據(jù)采集模塊19的輸入端口相連，高速數(shù)據(jù)采 集模塊19的輸出端口與工控機(jī)20的輸入相連。第一光開(kāi)關(guān)模塊7的輸出端口 72與第二 探測(cè)光纖22輸入相連，第一光開(kāi)關(guān)模塊7的輸出端口 73與第一探測(cè)光纖21輸入相連。第 二偏振控制器23的輸出與可調(diào)光纖衰減器模塊24的輸入端相連，可調(diào)光纖衰減器模塊24 與光隔離器25輸入相連，光隔離器25輸出與第二光開(kāi)關(guān)模塊8的輸入端口 81相連，第二 光開(kāi)關(guān)模塊輸出端口 82與第二探測(cè)光纖22的輸出相連，第二光開(kāi)關(guān)模塊輸出端口 83與第 一探測(cè)光纖21的輸出相連。光頻率差鎖定模塊9如圖2所示，包括第三保偏光纖耦合器26，寬帶光電探測(cè)器 27、微波頻率計(jì)28、PID控制器29。第三保偏光纖耦合器26設(shè)有兩個(gè)輸入端口 91、92與一 個(gè)輸出端口 93，輸入端口 91與第一保偏光纖耦合器4的輸出端口 43連接，輸入端口 92與第 二保偏光纖耦合器5的輸出端口 52連接，第三保偏光纖耦合器26的輸出端口 93與寬帶光 電探測(cè)器27的輸入端口相連，寬帶光電探測(cè)器27輸出端與微波頻率計(jì)28的輸入端相連， 微波頻率計(jì)28的輸出端與“比例_積分_微分”(PID)控制器29的輸入端相連，“比例_積 分_微分”(PID)控制器29的輸出端口 94與探測(cè)光源驅(qū)動(dòng)電路13連接。上述實(shí)施例中，所采用的光學(xué)模塊和光電器件均為本領(lǐng)域的公知技術(shù)，而微波頻 率計(jì)也是一個(gè)成熟的現(xiàn)有產(chǎn)品，如Phase Matrix公司的EIP575B。本發(fā)明的工作原理如下探測(cè)光源11輸出的連續(xù)光經(jīng)第一保偏光纖耦合器4分成 兩束，其中一束激光經(jīng)保偏光纖放大器15放大后進(jìn)入電光調(diào)制模塊16調(diào)制成脈沖光，脈沖 光隨后通過(guò)第一偏振控制器17做擾偏后經(jīng)光環(huán)形器6與第一光開(kāi)關(guān)模塊7進(jìn)入探測(cè)光纖 中；泵浦光源12輸出的連續(xù)光經(jīng)第二保偏光纖耦合器5也分成兩束，其中一束激光經(jīng)第二 偏振控制器23擾偏后進(jìn)入到可調(diào)光纖衰減器24中，可調(diào)光纖衰減器24將泵浦光調(diào)整到合 適的大小后輸入光隔離器25中，再由第二光開(kāi)關(guān)模塊8輸入到相應(yīng)的探測(cè)光纖中，兩個(gè)光 開(kāi)關(guān)模塊用于切換相應(yīng)的探測(cè)光纖，將探測(cè)光與泵浦光同時(shí)注入同一根探測(cè)光纖中，當(dāng)兩 者光頻率差處于布里淵增益帶寬內(nèi)時(shí)，兩束光在探測(cè)光纖中相遇的位置發(fā)生布里淵放大效 應(yīng)，由于光纖上溫度和應(yīng)力的變化都將對(duì)布里淵頻移產(chǎn)生影響，因此，只需測(cè)定探測(cè)光纖不 同位置上的布里淵增益譜即可得出探測(cè)光纖所處的溫度與應(yīng)力，當(dāng)選用具有不同溫度與應(yīng) 力系數(shù)的兩根探測(cè)光纖時(shí)，可使布里淵光時(shí)域分析器具備同時(shí)測(cè)量溫度與應(yīng)力的能力。探測(cè)光源11經(jīng)第一保偏光纖耦合器4輸出的另一束探測(cè)光與泵浦光源12經(jīng)第二 保偏光纖耦合器5輸出的另一束泵浦光同時(shí)進(jìn)入光頻率鎖定模塊9中。光頻率差鎖定模塊 9包括第三保偏光纖耦合器26，寬帶光電探測(cè)器27、微波頻率計(jì)28、PID控制器29。探測(cè)光 工與泵浦光ω 2分別進(jìn)入第三保偏光纖耦合器26中混頻，得到差頻信號(hào)Ω = Co1-Co2，寬帶光電探測(cè)器27完成差頻光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)功能，微波頻率計(jì)28測(cè)量已轉(zhuǎn)換成電信號(hào) 的差頻信號(hào)Ω = CO1-ω 2的功率與頻率值，PID控制器29完成將測(cè)量頻率Ω與設(shè)定頻率 比較，并輸出用于調(diào)整探測(cè)光源頻率的PID控制信號(hào)。光頻率差PID調(diào)整結(jié)束后即可測(cè)量 該布里淵頻點(diǎn)處的信號(hào)強(qiáng)度，通過(guò)設(shè)定不同的頻率差可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)布里淵增益譜范圍的測(cè)量。
權(quán)利要求
一種新型布里淵光時(shí)域分析器，包括探測(cè)光源模塊、泵浦光源模塊、探測(cè)光輸出模塊和泵浦光輸出模塊，其特征在于還包括一個(gè)光頻率差鎖定模塊，所述的探測(cè)光源模塊與所述的探測(cè)光輸出模塊之間設(shè)置有第一保偏光纖耦合器，所述的泵浦光源模塊與所述的泵浦光輸出模塊之間設(shè)置有第二保偏光纖耦合器，所述的第一保偏光纖耦合器的輸入端與所述的探測(cè)光源模塊連接，所述的第一保偏光纖耦合器的兩個(gè)輸出端分別與所述的探測(cè)光輸出模塊和所述的光頻率差鎖定模塊連接，所述的第二保偏光纖耦合器的輸入端與所述的泵浦光源模塊連接，所述的第二保偏光纖耦合器的兩個(gè)輸出端分別與所述的泵浦光輸出模塊和所述的光頻率差鎖定模塊連接，所述的光頻率差鎖定模塊與所述的探測(cè)光源模塊電連接。
2.如權(quán)利要求1所述的一種新型布里淵光時(shí)域分析器，其特征在于所述的探測(cè)光源 模塊包括探測(cè)光源和探測(cè)光源驅(qū)動(dòng)電路，所述的光頻率差鎖定模塊包括依次連接的用于將 所述的第一保偏光纖耦合器分束的探測(cè)光與所述的第二保偏光纖耦合器分束的泵浦光混 頻得到光差頻信號(hào)的第三保偏光纖耦合器、用于完成光差頻信號(hào)的光電轉(zhuǎn)換的寬帶光電探 測(cè)器、用于測(cè)量已轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的光差頻信號(hào)的功率與頻率值的微波頻率計(jì)和用于將測(cè) 量頻率與設(shè)定頻率進(jìn)行比較，并輸出用于調(diào)整所述的探測(cè)光源模塊頻率的控制信號(hào)的“比 例_積分_微分”控制器，所述的第三保偏光纖耦合器的兩個(gè)輸入端分別與所述的第一保 偏光纖耦合器的一個(gè)輸出端和所述的第二保偏光纖耦合器的一個(gè)輸出端連接，所述的“比 例-積分-微分”控制器的輸出端與所述的探測(cè)光源驅(qū)動(dòng)電路連接。
3.如權(quán)利要求2所述的一種新型布里淵光時(shí)域分析器，其特征在于所述的泵浦光源模 塊包括泵浦光源驅(qū)動(dòng)電路和泵浦光源，所述的泵浦光源為頻率固定的半導(dǎo)體激光器，所述 的探測(cè)光源為窄線寬可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器，所述的泵浦光源中心頻率與所述的探測(cè)光源的 中心頻率相差8 13GHZ，所述的探測(cè)光源的頻率調(diào)諧范圍大于2GHZ。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種新型布里淵光時(shí)域分析器，包括探測(cè)光源模塊、泵浦光源模塊、探測(cè)光輸出模塊和泵浦光輸出模塊，特點(diǎn)是還包括一個(gè)光頻率差鎖定模塊，探測(cè)光源與探測(cè)光輸出模塊之間設(shè)置有第一保偏光纖耦合器，泵浦光源與泵浦光輸出模塊之間設(shè)置有第二保偏光纖耦合器，第一保偏光纖耦合器的輸入端與探測(cè)光源連接，第一保偏光纖耦合器的兩個(gè)輸出端分別與探測(cè)光輸出模塊和光頻率差鎖定模塊連接，第二保偏光纖耦合器的輸入端與泵浦光源連接，第二保偏光纖耦合器的兩個(gè)輸出端分別與泵浦光輸出模塊和光頻率差鎖定模塊連接，光頻率差鎖定模塊與探測(cè)光源模塊電連接，優(yōu)點(diǎn)是用光頻率差鎖定模塊鎖定探測(cè)光與泵浦光的頻率差，保證測(cè)量精度又縮短測(cè)量時(shí)間。
文檔編號(hào)G01B11/16GK101929880SQ201010251450
公開(kāi)日2010年12月29日 申請(qǐng)日期2010年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月9日
發(fā)明者任尚今, 俞海燕, 張婕, 李浩泉 申請(qǐng)人:寧波諾馳光電科技發(fā)展有限公司