光纖分布式多參量傳感測量系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及分布式光纖傳感技術(shù)，具體是一種光纖分布式多參量傳感測量系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]分布式光纖傳感技術(shù)是指同時(shí)利用光纖作為傳感元件和傳輸元件，可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)光纖長度上不同位置的溫度和應(yīng)變的測量的技術(shù)。與其它光纖傳感技術(shù)相比，分布式光纖傳感技術(shù)具有無可比擬的優(yōu)勢，其已成為目前國內(nèi)外研宄的熱點(diǎn)之一。目前，基于分布式光纖傳感技術(shù)，已發(fā)展出多種形式的分布式光纖傳感器，其中應(yīng)用最廣泛的是分布式光纖拉曼光子傳感器和分布式光纖布里淵光子傳感器。然而，現(xiàn)有分布式光纖傳感器由于自身結(jié)構(gòu)所限，僅能夠測量傳感光纖的溫度信息和應(yīng)變信息，而無法測量傳感光纖的振動(dòng)信息，由此導(dǎo)致其適用性差。舉例而言，針對(duì)石油、天然氣管道以及大型建筑的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測，不僅需要知道其溫度信息和應(yīng)變信息，還需要掌握其振動(dòng)信息，因?yàn)樵谑?、天然氣管道以及大型建筑的安全防范中，人的挖掘、盜竊、入侵等行為以及地震等自然災(zāi)害都會(huì)引起傳感光纖的振動(dòng)。此時(shí)，若無法測量傳感光纖的振動(dòng)信息，則無法及時(shí)查明振動(dòng)事件的發(fā)生地點(diǎn)，由此不僅無法防止人為因素引起的損壞，而且無法對(duì)突發(fā)自然災(zāi)害起到預(yù)警作用?；诖?，有必要發(fā)明一種全新的分布式光纖傳感器，以解決現(xiàn)有分布式光纖傳感器無法監(jiān)測傳感光纖的振動(dòng)信息的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有分布式光纖傳感器無法監(jiān)測傳感光纖的振動(dòng)信息的問題，提供了一種光纖分布式多參量傳感測量系統(tǒng)。
[0004]本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:光纖分布式多參量傳感測量系統(tǒng)，包括超窄線寬高功率光纖激光器、第一 1*2光耦合器、單邊帶載波抑制調(diào)制器、第二 1*2光耦合器、第三1*2光親合器、電光調(diào)制器、第一 2*1光親合器、擾偏器、集成波分復(fù)用器、傳感光纖、全光纖窄帶低噪布里淵頻移器、窄帶光纖光柵透射濾波器、第二 2*1光耦合器、第三2*1光耦合器、第一低帶寬高增益光電探測器、第二低帶寬高增益光電探測器、數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)；
其中，超窄線寬高功率光纖激光器的輸出端與第一 1*2光耦合器的輸入端連接；第一1*2光耦合器的第一個(gè)輸出端與單邊帶載波抑制調(diào)制器的輸入端連接；單邊帶載波抑制調(diào)制器的輸出端與第二 1*2光親合器的輸入端連接；第二 1*2光親合器的第一個(gè)輸出端與第一2*1光親合器的第一個(gè)輸入端連接；第一 2*1光親合器的輸出端與擾偏器的輸入端連接；擾偏器的輸出端與集成波分復(fù)用器的輸入端連接；集成波分復(fù)用器的公共端與傳感光纖連接;
第一 1*2光耦合器的第二個(gè)輸出端與第三1*2光耦合器的輸入端連接；第三1*2光耦合器的第一個(gè)輸出端與電光調(diào)制器的輸入端連接；電光調(diào)制器的輸出端與第一 2*1光親合器的第二個(gè)輸入端連接；
第二 1*2光親合器的第二個(gè)輸出端與第二 2*1光親合器的第一個(gè)輸入端連接；第二2*1光耦合器的輸出端與第一低帶寬高增益光電探測器的輸入端連接；第一低帶寬高增益光電探測器的輸出端與數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)的第一個(gè)輸入端連接；
第三1*2光耦合器的第二個(gè)輸出端與全光纖窄帶低噪布里淵頻移器的輸入端連接；全光纖窄帶低噪布里淵頻移器的輸出端與窄帶光纖光柵透射濾波器的輸入端連接；窄帶光纖光柵透射濾波器的輸出端與第三2*1光親合器的第一個(gè)輸入端連接；第三2*1光親合器的輸出端與第二低帶寬高增益光電探測器的輸入端連接；第二低帶寬高增益光電探測器的輸出端與數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)的第二個(gè)輸入端連接；
集成波分復(fù)用器的第一個(gè)輸出端與第二 2*1光親合器的第二個(gè)輸入端連接；集成波分復(fù)用器的第二個(gè)輸出端與第三2*1光耦合器的第二個(gè)輸入端連接。
[0005]具體工作過程如下:超窄線寬高功率光纖激光器發(fā)出的超窄線寬激光經(jīng)第一 1*2光耦合器分為兩路:第一路是30%的超窄線寬激光，第二路是70%的超窄線寬激光。第一路超窄線寬激光經(jīng)單邊帶載波抑制調(diào)制器調(diào)制成中心頻率線性掃頻的激光，之后經(jīng)第二 1*2光耦合器分為探測光和參考光。探測光依次經(jīng)第一 2*1光耦合器、擾偏器、集成波分復(fù)用器進(jìn)入傳感光纖，并在傳感光纖中產(chǎn)生后向散射光，該后向散射光經(jīng)集成波分復(fù)用器進(jìn)入第二 2*1光親合器，而參考光進(jìn)入第二 2*1光親合器，并與后向散射光在第二 2*1光親合器中發(fā)生拍頻干涉，所產(chǎn)生的干涉信號(hào)經(jīng)第一低帶寬高增益光電探測器進(jìn)入數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，并經(jīng)數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)進(jìn)行分段互相關(guān)處理。此時(shí)，通過觀察互相關(guān)處理結(jié)果的形狀，即可獲得傳感光纖的振動(dòng)信息。通過觀察該干涉信號(hào)的頻譜，即可高精度地定位傳感光纖中的損耗和反射點(diǎn)。第二路超窄線寬激光經(jīng)第三1*2光耦合器分為探測光和參考光。探測光經(jīng)電光調(diào)制器調(diào)制成脈沖光，該脈沖光依次經(jīng)第一 2*1光耦合器、擾偏器、集成波分復(fù)用器進(jìn)入傳感光纖，并在傳感光纖中產(chǎn)生后向散射光，該后向散射光經(jīng)集成波分復(fù)用器進(jìn)入第三2*1光耦合器。參考光進(jìn)入全光纖窄帶低噪布里淵頻移器，并依次經(jīng)全光纖窄帶低噪布里淵頻移器、窄帶光纖光柵透射濾波器進(jìn)行布里淵頻移、濾波，然后進(jìn)入第三2*1光耦合器，并與后向散射光在第三2*1光耦合器中發(fā)生拍頻干涉，所產(chǎn)生的干涉信號(hào)經(jīng)第二低帶寬高增益光電探測器進(jìn)入數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)。此時(shí)，通過測量該干涉信號(hào)的頻移量和強(qiáng)度變化，即可獲得傳感光纖的溫度信息和應(yīng)變信息。
[0006]基于上述過程，與現(xiàn)有分布式光纖傳感器相比，本發(fā)明所述的光纖分布式多參量傳感測量系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn):其一，本發(fā)明所述的光纖分布式多參量傳感測量系統(tǒng)不僅能夠測量傳感光纖的溫度信息和應(yīng)變信息，而且能夠測量傳感光纖的振動(dòng)信息，同時(shí)還能夠高精度地定位傳感光纖中的損耗和反射點(diǎn)，由此大幅增強(qiáng)了其適用性。因此，針對(duì)石油、天然氣管道以及大型建筑的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測，本發(fā)明所述的光纖分布式多參量傳感測量系統(tǒng)能夠及時(shí)查明振動(dòng)事件的發(fā)生地點(diǎn)，由此不僅能夠防止人為因素引起的損壞，而且能夠?qū)ν话l(fā)自然災(zāi)害起到預(yù)警作用。其二，本發(fā)明所述的光纖分布式多參量傳感測量系統(tǒng)通過采用單邊帶載波抑制調(diào)制器，實(shí)現(xiàn)了光源的線性掃頻，保持了超窄線寬激光的相干性，確保了測量振動(dòng)信息時(shí)的量程可以達(dá)到30km。其三，本發(fā)明所述的光纖分布式多參量傳感測量系統(tǒng)通過采用全光纖窄帶低噪布里淵頻移器，不僅將待測布里淵頻移從IlGHz左右搬移到MHz量級(jí)，避免了高帶寬對(duì)光電探測器及數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)的要求，而且提高了系統(tǒng)的探測精度，降低了探測噪聲。其四，本發(fā)明所述的光纖分布式多參量傳感測量系統(tǒng)通過采用低帶寬高增益光電探測器，一方面濾去了不必要的高頻噪聲，另一方面更大地放大了布里淵信號(hào)，減少了數(shù)據(jù)處理所需的時(shí)間，有利于實(shí)時(shí)在線監(jiān)測的進(jìn)行。
[0007]本發(fā)明有效解決了現(xiàn)有分布式光纖傳感器無法監(jiān)測傳感光纖的振動(dòng)信息的問題，適用于各種測量領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0008]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0009]圖2是本發(fā)明的全光纖窄帶低噪布里淵頻移器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖中:1_超窄線寬高功率光纖激光器，2-第一 1*2光耦合器，3-單邊帶載波抑制調(diào)制器，4-第二 1*2光耦合器，5-第三1*2光耦合器，6-電光調(diào)制器，7-第一 2*1光耦合器，8-擾偏器，9-集成波分復(fù)用器，10-傳感光纖，11-全光纖窄帶低噪布里淵頻移器，12-窄帶光纖光柵透射濾波器，13-第二 2*1光耦合器，14-第三2*1光耦合器，15-第一低帶寬高增益光電探測器，16-第二低帶寬高增益光電探測器，17-數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，18-光環(huán)形器，19-偏振控制器，20-單模光纖卷，21-壓電陶瓷，22-第四1*2光耦合器，23-光隔離器，24-恒溫箱。
【具體實(shí)施方式】
[0011]光纖分布式多參量傳感測量系統(tǒng)，包括超窄線寬高功率光纖激光器1、第一 1*2光耦合器2、單邊帶載波抑制調(diào)制器3、第二 1*2光耦合器4、第三1*2光耦合器5、電光調(diào)制器6、第一 2*1光耦合器7、擾偏器8、集成波分復(fù)用器9、傳感光纖10、全光纖窄帶低噪布里淵頻移器11、窄帶光纖光柵透射濾波器12、第二 2*1光耦合器13、第三2*1光耦合器14、第一低帶寬高增益光電探測器15、第二低帶寬高增益光電探測器16、數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)17 ;
其中，超窄線寬高功率光纖激光器I的輸出端與第一 1*2光耦合器2的輸入端連接；第一1*2光耦合器2的第一個(gè)輸出端與單邊帶載波抑制調(diào)制器3的輸入端連接；單邊帶載波抑制調(diào)制器3的輸出端與第二 1*2光耦合器4的輸入端連接；第二 1*2光耦合器4的第一個(gè)輸出端與第一 2*1光親合器7的第一個(gè)輸入端連接；第一 2*1光親合器7的輸出端與擾偏器8的輸入端連接；擾偏器8的輸出端與集成波分復(fù)用器9的輸入端連接；集成波分復(fù)用器9的公共端與傳感光纖10連接；
第一 1*2光耦合器2的第二個(gè)輸出端與第三1*2光耦合器5的輸入端連接；第三1*2光親合器5的第一個(gè)輸出端與電光調(diào)制器6的輸入端連接；電光調(diào)制器6的輸出端與第一2*1光耦合器7的第二個(gè)輸入端連接；
第二 1*2光親合器4的第二個(gè)輸出端與第二 2*1光親合器13的第一個(gè)輸入端連接；第二2*1光親合器13的輸出端與第一低帶寬高增益光電探測器15的輸入端連接；第一低帶寬高增益光電探測器15的輸出端與數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)17的第一個(gè)輸入端連接