專利名稱：脈沖編碼光纖布里淵光時域分析器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及脈沖編碼光纖布里淵光時域分析器，屬于分布式光纖傳感器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在光纖布里淵光時域分析器領(lǐng)域，光纖布里淵光時域反射器釆用光纖自發(fā)的布里淵散射，因此背向布里淵散射信號很弱，利用光纖布里淵散射光的頻移和強(qiáng)度比來測量應(yīng)変和溫度的精度很低，測程短，空間分辨率較低。T.Horiguchi等發(fā)明了布里淵光時域分析器，在光纖的另一端加一個相干泵浦激光器，實(shí)現(xiàn)布里淵放大，采用相干放大的受激布里淵散射，增強(qiáng)了信號，改善了系統(tǒng)的信噪比。但是，光纖布里淵光時域分析器要求嚴(yán)格地鎖定窄帶探測激光器和窄帶泵浦激光器的頻率，在技術(shù)上很困難。而近年來石油管道、傳輸電力電纜的安全健康監(jiān)測，對超遠(yuǎn)程全分布式光纖應(yīng)變、溫度傳感網(wǎng)有著迫切需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種易于操作，增益高，系統(tǒng)信噪比強(qiáng)，測量精度高的脈沖編碼光纖布里淵光時域分析器。本發(fā)明的脈沖編碼光纖布里淵光時域分析器，包括脈沖編碼波形發(fā)生器，窄帶單頻光纖激光器，光纖分路器，光脈沖編碼調(diào)制器，兩個光纖環(huán)行器，外差接收器，數(shù)字信號處理器，光纖光柵濾波器，傳感光纖，光纖拉曼泵浦激光器和工控機(jī)，脈沖編碼波形發(fā)生器的輸入端與工控機(jī)相連，脈沖編碼波形發(fā)生器的輸出端與光脈沖編碼調(diào)制器的一個輸入端相連，光纖分路器的輸入端與窄帶單頻光纖激光器相連，光纖分路器的一個輸出端與光脈沖編碼調(diào)制器的另一個輸入端相連，光纖分路器的另一個輸出端與第二光纖環(huán)行器的輸入端相連，光脈沖編碼調(diào)制器的輸出端與第一光纖環(huán)行器的輸入端相連，第一光纖環(huán)行器的公共端依次與光纖光柵濾波器，傳感光纖和光纖拉曼泵浦激光器相連，第一光纖環(huán)行器的輸出端與第二光纖環(huán)行器的公共端相連，第二光纖環(huán)行器的輸出端依次與外差接收器，數(shù)字信號處理器和工控機(jī)相連，數(shù)字信號處理器和工控機(jī)將采集、累加的編碼脈沖解碼解調(diào)，獲得傳感光纖所在現(xiàn)場的應(yīng)變、溫度信息并傳送給遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)。本發(fā)明中，所說的窄帶單頻光纖激光器是中心波長為1550nm，光譜帶寬為200kHz 的IOOmW連續(xù)運(yùn)行光纖激光器。本發(fā)明中，所述的光編碼調(diào)制器是鈮酸鋰馬赫-澤德爾調(diào)制器(Mach - Zehnder modulator (MZM))。本發(fā)明中，所述的外差接收器是頻率響應(yīng)為12(ihZ以上的光電探測器。本發(fā)明中，所說的光纖光柵濾波器的中心波長為1455nm，光譜帶寬為0. 3nm,隔離度大于;35dB。本發(fā)明中，所說的單模光纖為IOOkm單模通訊G652光纖或100km LEAF光纖。本發(fā)明中，所說的所說的光纖拉曼泵浦激光器的波長為1455nm，功率在1 OOmw-1200mw 范圍可調(diào)。工作時，波形發(fā)生器在工控機(jī)控制下，輸出彳2 x255 S矩陣轉(zhuǎn)換規(guī)則排列的序列 255位編碼脈沖控制光編碼調(diào)制器，窄帶單頻光纖激光器輸出的連續(xù)激光經(jīng)光纖分路器分成兩朿，其中一朿激光經(jīng)過光脈沖編碼調(diào)制器調(diào)制成時間序列編碼脈沖光，通過光纖光柵濾波器進(jìn)入單模光纖，與單模光纖發(fā)生非線性相互作用，產(chǎn)生背向布里淵散射光，布里淵散射光的頻率與強(qiáng)度度受單模光纖各段的溫度和應(yīng)變調(diào)制。由單模光纖末端光纖拉曼泵浦激光器產(chǎn)生的強(qiáng)激光泵浦，在單模光纖里產(chǎn)生非線性放大，具有拉曼放大和布里淵放大的雙重放大，總增益達(dá)^dB,被放大的受激布里淵散射光Vtl 士 Vb經(jīng)光纖光柵濾波器，濾除 1455nm光纖拉曼泵浦激光器在單模光纖里激光泵浦后殘存的光通過第一光纖環(huán)行器，進(jìn)入第二光纖環(huán)行器與來自光纖分路器的另一束本地光Vtl混頻，混頻后的輸出經(jīng)外差接收器， 數(shù)字信號處理器和工控機(jī)解碼解調(diào)后，得到在光纖中各點(diǎn)的應(yīng)變和溫度量，應(yīng)變和溫度變化速度和方向。利用光時域反射對單模光纖上各段的位置進(jìn)行定位(光纖雷達(dá)定位)。經(jīng)過應(yīng)變和溫度定標(biāo)，得到單模光纖各點(diǎn)的應(yīng)力和溫度變化量，測應(yīng)變精度為10 μ ε，測溫精度士 1° C，由工控機(jī)顯示器顯示或通過通訊接口、通訊協(xié)議進(jìn)行遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)傳輸。脈沖編碼光纖布里淵光時域分析器的編碼解碼原理
本傳感器的序列脈沖編碼是通過S矩陣轉(zhuǎn)換來實(shí)現(xiàn)的，S矩陣轉(zhuǎn)換是標(biāo)準(zhǔn)哈達(dá)馬得 (Hadamard)轉(zhuǎn)換的一種變式，也可稱為哈達(dá)馬得轉(zhuǎn)換。S矩陣的元素均由“0”和“ 1”組成， 這一特點(diǎn)很適用于激光序列脈沖編碼，在實(shí)際應(yīng)用中可用“0”代表激光器關(guān)閉，用“ 1，，代表激光器開啟。這種采用“0”、“1”的編碼方式又可稱為簡單編碼。而解碼的過程是對應(yīng)的逆 S矩陣轉(zhuǎn)換。由編碼原理推導(dǎo)得知，采用N位的序列脈沖編碼解碼可獲得的信噪比改善為
權(quán)利要求
1.脈沖編碼光纖布里淵光時域分析器，其特征是包括脈沖編碼波形發(fā)生器(10)，窄帶單頻光纖激光器(11)，光纖分路器(12)，光脈沖編碼調(diào)制器(13)，兩個光纖環(huán)行器(14、 15)，外差接收器(16)，數(shù)字信號處理器(17)，光纖光柵濾波器(18)，傳感光纖(19)，光纖拉曼泵浦激光器(20)和工控機(jī)(21)，脈沖編碼波形發(fā)生器(10)的輸入端與工控機(jī)(21)相連， 脈沖編碼波形發(fā)生器(10)的輸出端與光脈沖編碼調(diào)制器(13)的一個輸入端相連，光纖分路器(12)的輸入端與窄帶單頻光纖激光器(11)相連，光纖分路器(12)的一個輸出端與光脈沖編碼調(diào)制器(13)的另一個輸入端相連，光纖分路器(12)的另一個輸出端與第二光纖環(huán)行器(15)的輸入端相連，光脈沖編碼調(diào)制器(13)的輸出端與第一光纖環(huán)行器(14)的輸入端相連，第一光纖環(huán)行器(14)的公共端依次與光纖光柵濾波器(18)傳感光纖(19)和光纖拉曼泵浦激光器(20)相連，第一光纖環(huán)行器(14)的輸出端與第二光纖環(huán)行器(15)的公共端相連，第二光纖環(huán)行器(15)的輸出端依次與外差接收器(16)，數(shù)字信號處理器(17)和工控機(jī)相連，數(shù)字信號處理器(17)和工控機(jī)將采集、累加的編碼脈沖解碼解調(diào)， 獲得傳感光纖(19)所在現(xiàn)場的應(yīng)變、溫度信息并傳送給遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖編碼光纖布里淵光時域分析器，其特征在于窄帶單頻光纖激光器(11)是中心波長為1550nm，光譜帶寬為200kHz的IOOmW連續(xù)運(yùn)行光纖激光器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖編碼光纖布里淵光時域分析器，其特征是光編碼調(diào)制器 (13)是鈮酸鋰馬赫-澤德爾調(diào)制器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖編碼光纖布里淵光時域分析器，其特征是外差接收器 (16)是頻率響應(yīng)為12(ihZ以上的光電探測器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖編碼光纖布里淵光時域分析器，其特征是光纖光柵濾波器(18)的中心波長為1455nm，光譜帶寬為0. 3nm，隔離度大于35dB。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖編碼光纖布里淵光時域分析器，其特征是傳感光纖(19) 為IOOkm單模通訊G652光纖或100km LEAF光纖。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖編碼光纖布里淵光時域分析器，其特征是所說的光纖拉曼泵浦激光器(20)的波長為1455nm，功率在1 OOmw-1200mw范圍可調(diào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖編碼光纖布里淵光時域分析器，其特征是所說的數(shù)字信號處理器是頻譜范圍9kHz46. 5GHz的頻譜分析儀。
全文摘要
本發(fā)明公開的脈沖編碼光纖布里淵光時域分析器包括脈沖編碼波形發(fā)生器，窄帶單頻光纖激光器，光纖分路器，光脈沖編碼調(diào)制器，兩個光纖環(huán)行器，外差接收器，數(shù)字信號處理器，光纖光柵濾波器，傳感光纖，光纖拉曼泵浦激光器和工控機(jī)。該傳感器采用時間序列編碼激光脈沖，在提高發(fā)射光子數(shù)的同時又可通過壓窄激光脈沖寬度提高空間分辨率；連續(xù)運(yùn)行的光纖拉曼激光器作為泵浦光源，克服了光纖布里淵光時域分析器中要求嚴(yán)格鎖定探測激光器和泵浦激光器頻率的困難，連續(xù)運(yùn)行的光纖拉曼激光器產(chǎn)生的強(qiáng)激光在傳感光纖中實(shí)現(xiàn)了受激拉曼散射光放大取代了窄帶布里淵放大，可增加背向相干放大的受激布里淵散射光的增益，提高信噪比，測量精度，增加測量長度。
文檔編號G01D5/353GK102322885SQ20111022627
公開日2012年1月18日 申請日期2011年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月9日
發(fā)明者余向東, 張?jiān)谛? 王劍鋒, 龔華平 申請人:中國計(jì)量學(xué)院