一種基于布里淵散射分布式光纖溫度和應(yīng)力傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光纖傳感領(lǐng)域，具體說，涉及一種基于布里淵散射分布式光纖溫度和 應(yīng)力傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002] 基于布里淵散射的分布式光纖溫度與應(yīng)力傳感器通過檢測傳感光纖各處的背向 自發(fā)布里淵散射光或者受激布里淵散射光相對(duì)于入射光的頻率偏移，即布里淵頻移，來探 測散射發(fā)生位置的溫度和/或應(yīng)力。相對(duì)與其他溫度與應(yīng)力傳感器而言，其具備的顯著優(yōu) 點(diǎn)是可以對(duì)所處環(huán)境進(jìn)行分布式測量，即可以測出光纖沿線的溫度和/或應(yīng)力分布。因此 能夠廣泛應(yīng)用于大型結(jié)構(gòu)的監(jiān)測中，比如管道、橋梁等。
[0003] 布里淵頻移可以表示為
[0004] V Β=2ηνΑ / λ 公式（I)
[0005] 其中η是傳感光纖有效折射率，vA和λ分別是傳感光纖中聲速與入射光波長。
[0006] 探測布里淵頻移一般使用相干探測的方式。由于布里淵頻移在IlGHz左右，經(jīng)過 本振光相干之后，一般采用帶寬大于IOGHz的高速光電轉(zhuǎn)換器進(jìn)行探測：也可以預(yù)先對(duì)本 振光進(jìn)行頻移，頻移的方式可以是聲光調(diào)制器，電光調(diào)制器，布里淵激光器等。這樣，可以在 百M(fèi)Hz量級(jí)探測到布里淵頻移。
[0007] 當(dāng)傳感光纖所處環(huán)境某處的溫度或者應(yīng)力發(fā)生變化時(shí)，布里淵頻率偏移會(huì)相應(yīng)地 線性變化，它可以表示為
[0008] Δ νΒ(Τ, ε )=CtAT+Ce Δ ε 公式（2)
[0009] 其中Ct和Ce分別是布里淵頻移關(guān)于溫度和應(yīng)力變化的響應(yīng)系數(shù)。
[0010] 由于布里淵頻移與溫度和應(yīng)力兩物理量同時(shí)敏感，且均線性相關(guān)，因此在應(yīng)用中 面臨交叉敏感問題，即只通過布里淵頻移無法分離溫度和應(yīng)力各自的影響。要解決此問題， 勢必要引入第二個(gè)物理參量。目前，被用作第二個(gè)物理參量的主要有：
[0011] 1)散射光功率。這類方法同時(shí)測量散射光的功率和布里淵頻移，然后測得溫度和 應(yīng)力變化量。但是，散射光功率容易受外界干擾，因此測量準(zhǔn)確的受到了很大的影響；
[0012] 2) Landau-Placzek比例· Landau-Placzek比例定義為布里淵散射光強(qiáng)度和瑞利 散射光強(qiáng)度的比值。通過計(jì)算Landau-Placzek比例，可以得到溫度的變化量。但是，由于 需要引入瑞利散射光的強(qiáng)度，此方法不僅提高了系統(tǒng)復(fù)雜度，也在測量范圍上受到限制；
[0013] 3)特種光纖。通過光子晶體光纖等特種光纖的不同聲學(xué)導(dǎo)模特性產(chǎn)生多峰的布里 淵散射光信號(hào)，并利用多峰信號(hào)的頻移確定溫度和應(yīng)力的變化。
[0014] 以上這些解決溫度與應(yīng)力交叉敏感的方法均面臨結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高昂的問題。同 時(shí)，為了探測布里淵頻移，結(jié)構(gòu)中也需要引入高速光電轉(zhuǎn)換器件或者頻移器件。因此，成本 高昂和結(jié)構(gòu)復(fù)雜制約了溫度和應(yīng)力傳感的工程應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015] 本發(fā)明要解決的問題是，針對(duì)現(xiàn)有基于布里淵散射分布式光纖溫度與應(yīng)力傳感器 中所存在的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高的問題，提出一種低成本、易實(shí)現(xiàn)的基于布里淵散射的分布 式光纖傳感器，并可以同時(shí)區(qū)分溫度和應(yīng)力的作用。
[0016] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種布里淵散射分布式光纖溫度與傳感器，其包 括光源，脈沖調(diào)制器，摻鉺光纖放大器，稱合器，鋪設(shè)在一起的傳感光纖1、傳感光纖2與傳 感光纖3,以及檢測單元。
[0017] 優(yōu)選的，光源可以為窄線寬激光器。
[0018] 優(yōu)選的，該結(jié)構(gòu)中的脈沖調(diào)制器可以為聲光調(diào)制器或者電光調(diào)制器。脈沖調(diào)制器 將入射光調(diào)制為有一定間隔的矩形脈沖信號(hào)。調(diào)制脈沖信號(hào)的重復(fù)頻率決定了傳感范圍， 脈沖信號(hào)的脈寬決定了傳感分辨率。
[0019] 優(yōu)選的，所述的耦合器為3*3耦合器，分光比為均勻分光.
[0020] 光源發(fā)出的激光經(jīng)過脈沖調(diào)制和摻鉺光纖放大器放大之后作為入射光，經(jīng)經(jīng)過耦 合器分成3路探測光分別進(jìn)入3路傳感光纖。傳感光纖中均會(huì)產(chǎn)生包含溫度與應(yīng)力信息的 背向布里淵散射光。3路背向散射光在耦合器處合束并耦合至檢測單元。
[0021] 由于光纖纖芯中的摻雜以及光纖纖芯直徑差異，不同的傳感光纖具有不同的布里 淵頻移。多路傳感光纖的布里淵背向散射光合束后經(jīng)過檢測單元，能夠生成在頻域上具有 多峰特性的拍頻布里淵信號(hào)。比如說，傳感光纖1和傳感光纖2的拍頻布里淵信號(hào)頻移為
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于布里淵散射分布式光纖溫度和應(yīng)力傳感器，包括窄線寬激光器、脈沖調(diào)制 器、摻鉺光纖放大器、稱合器、傳感光纖1、傳感光纖2、傳感光纖3、以及檢測單兀。其中， 窄線寬激光器發(fā)出的激光經(jīng)過脈沖調(diào)制和功率放大之后，由耦合器分束并進(jìn)入3路傳感光 纖。3路傳感光纖中的背向布里淵散射光在耦合器處合束，并經(jīng)由檢測單元中的光電轉(zhuǎn)換器 轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，即拍頻布里淵信號(hào)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于布里淵散射分布式光纖溫度和應(yīng)力傳感器，其中，3路傳 感光纖具有不一樣的布里淵頻移。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于布里淵散射分布式光纖溫度和應(yīng)力傳感器，其中， 3路傳感光纖的溫度與應(yīng)力系數(shù)兩兩之差，即拍頻布里淵頻移溫度與應(yīng)力系數(shù)，應(yīng)滿足 ?，廠 O。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于布里淵散射分布式光纖溫度和應(yīng)力傳感器，其中，f禹合 器為3*3耦合器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于布里淵散射分布式光纖溫度傳感器，其中，檢測單元包 含光電轉(zhuǎn)換器和電頻譜分析儀。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于布里淵散射分布式光纖溫度傳感器，其中，光電轉(zhuǎn)換器 帶寬為I. 5GHz，電頻譜分析儀用于顯示拍頻布里淵信號(hào)頻譜。
【專利摘要】本發(fā)明設(shè)計(jì)一種基于布里淵散射分布式光纖溫度和應(yīng)力傳感器，包括窄線寬光源，脈沖調(diào)制器，摻鉺光纖放大器，3*3耦合器，傳感光纖1、傳感光纖2及傳感光纖3，檢測單元。其中，窄線寬光源發(fā)出的激光經(jīng)過脈沖調(diào)制和功率放大之后作為入射光，入射光經(jīng)過耦合器分束之后分別入射至傳感光纖1、傳感光纖2和傳感光纖3.三路鋪設(shè)在一起的傳感光纖中的背向布里淵散射光在耦合器處合束，并經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換生成拍頻布里淵信號(hào)。通過探測具有多峰特性的拍頻布里淵信號(hào)頻移，我們可以探測傳感光纖所處環(huán)境的溫度與應(yīng)力信息。本發(fā)明在不引入本振光移頻器件的前提下，通過多路傳感光纖的拍頻，降低了檢測單元中所需要的光電探測帶寬，降低了成本和系統(tǒng)復(fù)雜度。同時(shí)，利用多峰信號(hào)的溫度與應(yīng)力系數(shù)不一致，可以分辨溫度和應(yīng)力的作用。
【IPC分類】G01K11-32, G01L1-24
【公開號(hào)】CN104729751
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310697646
【發(fā)明人】熊思亞東, 張振榮
【申請(qǐng)人】廣西大學(xué)
【公開日】2015年6月24日
【申請(qǐng)日】2013年12月18日