基于布里淵散射應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的溫度補(bǔ)償裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及微波通信信號(hào)源合成技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及基于布里淵散射應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的溫度補(bǔ)償裝置。本實(shí)用新型所要解決的試述問題是提供基于布里淵散射應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的溫度補(bǔ)償裝置，該寬帶小步進(jìn)鎖相源能夠?qū)崿F(xiàn)帶寬125～1000MHz、步進(jìn)1Hz的寬帶小步進(jìn)頻率輸出。本實(shí)用新型包括控制單元、時(shí)鐘單元、直接數(shù)字鎖相單元、鎖相單元和分頻濾波單元?？刂茊卧膬蓚€(gè)輸出端分別接直接數(shù)字鎖相單元和鎖相單元的相應(yīng)輸入端，時(shí)鐘單元的兩個(gè)輸出端分別接直接數(shù)字鎖相單元和鎖相單元的相應(yīng)輸入端，直接數(shù)字鎖相單元的輸出端接鎖相單元的輸入端，鎖相單元的輸出端接分頻濾波單元的輸入端。
【專利說明】
基于布里淵散射應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的溫度補(bǔ)償裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于布里淵散射應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的溫度補(bǔ)償裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在光纖中，其材料的分子始終存在有微小的振動(dòng)。這種微小的振動(dòng)使得光纖內(nèi)部存在一個(gè)自發(fā)的聲場(chǎng)，且使得光纖的折射率呈周期性分布的狀態(tài)。在聲場(chǎng)的作用下，將會(huì)對(duì)入射到光纖的光波產(chǎn)生非彈性散射效應(yīng)。用微觀粒子的觀點(diǎn)來看即光學(xué)光子和聲學(xué)聲子之間產(chǎn)生了非彈性碰撞，從而引起的布里淵散射，它屬于非線性散射的過程。由于非線性散射特性，布里淵散射光的頻率與入射光頻率并不一致，布里淵散射光會(huì)產(chǎn)生頻率下移的斯托克斯散射光及頻率上移的反斯托克斯光。布里淵散射光與入射光的頻率差通常稱為布里淵頻移。自發(fā)布里淵散射對(duì)應(yīng)的布里淵頻移大小及布里淵散射光的光強(qiáng)除了會(huì)與光纖軸向的溫度變化相關(guān)之外，還會(huì)隨光纖軸向的應(yīng)變變化而改變。因此基于布里淵散射效應(yīng)的分布式光纖傳感不僅能夠?qū)崿F(xiàn)溫度的分布式傳感，還可以作應(yīng)變的分布式傳感。
[0003]但是，由于溫度和應(yīng)變都會(huì)引起布里淵光產(chǎn)生頻移，該系統(tǒng)也存在溫度和應(yīng)變交叉敏感的問題。對(duì)于溫度傳感來說，保證傳感光纖不受應(yīng)變是比較容易實(shí)現(xiàn)的;但是對(duì)于應(yīng)變傳感來說，保持環(huán)境溫度恒定不變幾乎是不可能的，特別是工程應(yīng)用當(dāng)中，環(huán)境溫度變化將更加劇烈。所以為了保證基于布里淵散射效應(yīng)的分布式光纖傳感的應(yīng)變監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確必須將溫度對(duì)應(yīng)變產(chǎn)生的影響進(jìn)行補(bǔ)償。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于布里淵散射應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的溫度補(bǔ)償裝置，該裝置能夠時(shí)監(jiān)測(cè)溫度和應(yīng)變的雙芯傳感光纜，保證溫度芯和應(yīng)變芯處在同一個(gè)環(huán)境條件下，保證對(duì)相應(yīng)位置應(yīng)變補(bǔ)償?shù)臏?zhǔn)確性。
[0005]本實(shí)用新型的技術(shù)方案為:
[0006]—種基于布里淵散射應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的溫度補(bǔ)償裝置，包括窄線寬激光器、第一耦合器、光脈沖調(diào)制器、光放大器、濾波器、隔離器、環(huán)形器、光開關(guān)、溫度傳感光纖、應(yīng)變傳感光纖、第二耦合器、光電探測(cè)器、混頻器、微波本振、信號(hào)處理單元、數(shù)據(jù)采集單元和數(shù)據(jù)處理單元;所述窄線寬激光器發(fā)出的光束由第一耦合器分為檢測(cè)用入射光和參考光;所述檢測(cè)用入射光依次經(jīng)光脈沖調(diào)制器、光放大器、濾波器和隔離器接入環(huán)形器的第一端口，隨后經(jīng)所述環(huán)形器的第二端口接入光開關(guān)，最后經(jīng)所述光開關(guān)的兩個(gè)I/O端口分別接入溫度傳感光纖和應(yīng)變傳感光纖;所述溫度傳感光纖和應(yīng)變傳感光纖在檢測(cè)用入射光散射作用下生成布里淵信號(hào)光，所述布里淵信號(hào)光經(jīng)光開關(guān)和環(huán)形器的第三端口接入第二耦合器;所述參考光和布里淵信號(hào)光經(jīng)第二親合器生成親合布里淵信號(hào)光，所述親合布里淵信號(hào)光經(jīng)光電探測(cè)器轉(zhuǎn)化為布里淵信號(hào)，所述布里淵信號(hào)經(jīng)混頻器和微波本振降頻后依次接入信號(hào)處理單元、數(shù)據(jù)采集單元和數(shù)據(jù)處理單元。
[0007]具體的，溫度傳感光纖和應(yīng)變傳感光纖兩個(gè)單獨(dú)的光纖芯且封裝于同一根光纜當(dāng)中。
[0008]具體的，第一耦合器的分光比為1:1。
[0009]本實(shí)用新型的有益效果:本實(shí)用新型提出了一種新的光路架構(gòu)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只檢測(cè)布里淵頻移就可以實(shí)現(xiàn)溫度和應(yīng)變的同時(shí)監(jiān)測(cè)，降低了系統(tǒng)的成本。本實(shí)用新型使用布里淵頻移監(jiān)測(cè)溫度和應(yīng)變，對(duì)信號(hào)的信噪比要求降低，有利于延長系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)距離。
【附圖說明】
[0010]圖1為本實(shí)用新型的組成示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011 ]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
[0012]如圖1所示，實(shí)施例包括窄線寬激光器、第一耦合器、光脈沖調(diào)制器、光放大器、濾波器、隔離器、環(huán)形器、光開關(guān)、溫度傳感光纖、應(yīng)變傳感光纖、第二耦合器、光電探測(cè)器、混頻器、微波本振、信號(hào)處理單元、數(shù)據(jù)采集單元和數(shù)據(jù)處理單元。窄線寬激光器的輸出端接第一親合器的輸入端，第一親合器的一個(gè)輸出端接光脈沖調(diào)制器，光脈沖調(diào)制器依次接光放大器、濾波器和隔離器，隔離器接環(huán)形器的第一端口，環(huán)形器的第二端口接光開關(guān)，光開關(guān)的兩個(gè)I/o端口分別接溫度傳感光纖和應(yīng)變傳感光纖。環(huán)形器的第三端口接第二耦合器的輸入端。第一親合器的另一輸出端接第二親合器，第二親合器的輸出端接光電探測(cè)器，光電探測(cè)器的輸出端接混頻器的輸入端，混頻器的另一輸入端接微波本振，微波本振的輸出端依次接信號(hào)處理單元、數(shù)據(jù)采集單元和數(shù)據(jù)處理單元。
[0013]布里淵的頻移變化見公式I:
[0014]Af6 = Cft.T(°C)+Cfe.ε(με) 公式I
[0015]其中，AfB為布里淵頻移，ε為光纖受到的應(yīng)力，T為光纖受到的溫度，(^為光纖布里淵頻移的應(yīng)變系數(shù)，Cft為光纖布里淵頻移的溫度系數(shù)。CfjPCft是與光纖材料和栗浦光的波長有關(guān)的常數(shù)，對(duì)于常規(guī)的G.652單模光纖而言，在1550nm光的探測(cè)下，Cfe = 0.0493MHzAie，Cft=1.2MHz/K。由公式I可以得出，如果保持溫度和應(yīng)變某一個(gè)量恒定，則另外一個(gè)量利用公式，I即可計(jì)算出來。
[0016]實(shí)施例的工作過程如下:實(shí)施例采用窄線寬激光器作光源，經(jīng)第一耦合器分出一路光作為參考光，另一路由光脈沖調(diào)制器調(diào)制成脈沖光，再經(jīng)光放大器放大和濾波器濾波后，經(jīng)環(huán)形器、光開關(guān)入射到傳感光纖。散射回的布里淵信號(hào)光與參考光經(jīng)第二耦合器偶合后，在光電探測(cè)器進(jìn)行外差檢測(cè)，光電探測(cè)器輸出IlGHz左右的布里淵信號(hào)，然后進(jìn)入微波下變頻器，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的降頻，以降低后續(xù)數(shù)據(jù)采集和運(yùn)算處理的難度。系統(tǒng)分時(shí)對(duì)溫度和應(yīng)變通道光纖進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和運(yùn)算，首先計(jì)算當(dāng)前溫度通道的溫度值，應(yīng)變通道需根據(jù)溫度通道的溫度值進(jìn)行補(bǔ)償計(jì)算。
[0017]本實(shí)施例中，窄線寬激光器線寬<3KHz，工作波段為1550nm;微波本振的掃頻范圍為1G?12GHz，步進(jìn)頻率為0.5?1MHz，可設(shè)置;Cfε = 0.0493ΜΗζ/με ,Cft=1.2ΜΗζ/Κ，信號(hào)處理單元包含低通濾波器和信號(hào)放大器，信號(hào)處理單元的帶寬小于100MHz，數(shù)據(jù)采集單元采樣率為100Mbps，采用USB通信接口進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳，數(shù)據(jù)處理單元采用基于X86以上平臺(tái)的PC系統(tǒng)。
[0018]以上所述實(shí)施方式僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，而并非本實(shí)用新型可行實(shí)施的窮舉。對(duì)于本領(lǐng)域一般技術(shù)人員而言，在不背離本實(shí)用新型原理和精神的前提下對(duì)其所作出的任何顯而易見的改動(dòng)，都應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為包含在本實(shí)用新型的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于布里淵散射應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的溫度補(bǔ)償裝置，其特征在于其包括窄線寬激光器、第一耦合器、光脈沖調(diào)制器、光放大器、濾波器、隔離器、環(huán)形器、光開關(guān)、溫度傳感光纖、應(yīng)變傳感光纖、第二耦合器、光電探測(cè)器、混頻器、微波本振、信號(hào)處理單元、數(shù)據(jù)采集單元和數(shù)據(jù)處理單元;所述窄線寬激光器發(fā)出的光束由第一耦合器分為檢測(cè)用入射光和參考光;所述檢測(cè)用入射光依次經(jīng)光脈沖調(diào)制器、光放大器、濾波器和隔離器接入環(huán)形器的第一端口，隨后經(jīng)所述環(huán)形器的第二端口接入光開關(guān)，最后經(jīng)所述光開關(guān)的兩個(gè)I/o端口分別接入溫度傳感光纖和應(yīng)變傳感光纖;所述溫度傳感光纖和應(yīng)變傳感光纖在檢測(cè)用入射光散射作用下生成布里淵信號(hào)光，所述布里淵信號(hào)光經(jīng)光開關(guān)和環(huán)形器的第三端口接入第二耦合器;所述參考光和布里淵信號(hào)光經(jīng)第二耦合器生成耦合布里淵信號(hào)光，所述耦合布里淵信號(hào)光經(jīng)光電探測(cè)器轉(zhuǎn)化為布里淵信號(hào)，所述布里淵信號(hào)經(jīng)混頻器和微波本振降頻后依次接入信號(hào)處理單元、數(shù)據(jù)采集單元和數(shù)據(jù)處理單元。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于布里淵散射應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的溫度補(bǔ)償裝置，其特征在于所述溫度傳感光纖和應(yīng)變傳感光纖為兩個(gè)單獨(dú)的光纖芯且封裝于同一根光纜當(dāng)中。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于布里淵散射應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的溫度補(bǔ)償裝置，其特征在于所述第一親合器的分光比為I: I。
【文檔編號(hào)】G01B11/16GK205619898SQ201620195386
【公開日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2016年3月10日
【發(fā)明人】谷豐, 李乾, 楊博超, 孫忠周, 王立軍, 邢昆, 王國成, 王彥龍, 王建強(qiáng), 張永臣, 竇汝鋒, 張建偉
【申請(qǐng)人】國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)河北省電力公司, 國網(wǎng)河北省電力公司石家莊供電分公司, 威海北洋光電信息技術(shù)股份公司