專利名稱：布里淵光時(shí)域分析和馬赫曾德爾干涉共同檢測(cè)的傳感裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及布里淵、馬赫曾德爾分布式光纖傳感器，屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
分布式光纖傳感器由于其抗電磁干擾、耐腐蝕及電絕緣性等優(yōu)點(diǎn)，可對(duì)被測(cè)物體進(jìn)行一維無盲點(diǎn)的在線監(jiān)測(cè)，有著廣泛的應(yīng)用前景。利用布里淵散射可以對(duì)溫度(或變)進(jìn)行長(zhǎng)距尚傳感，利用馬赫曾德爾干涉可以對(duì)振動(dòng)進(jìn)行長(zhǎng)距尚傳感。例如專利101162158A公開了一種布里淵與拉曼散射相結(jié)合的分布式傳感技術(shù)測(cè)量溫度和應(yīng)變，專利100588912C公開了一種光纖馬赫曾德爾與邁克爾遜干涉相結(jié)合組合陣列干涉儀測(cè)量振動(dòng)，專利101324443B公開了一種利用空分復(fù)用的馬赫曾德爾級(jí)聯(lián)式光纖干涉儀測(cè)量振動(dòng)。而在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，一些應(yīng)用場(chǎng)合需要對(duì)振動(dòng)和溫度(或應(yīng)變)進(jìn)行共同檢測(cè)，如何實(shí)現(xiàn)這兩種傳感器的有機(jī)結(jié)合，即兩傳感器共用光源、傳感光纖等光器件和電子處理器來實(shí)現(xiàn)雙機(jī)理傳感，是一個(gè)較難解決的技術(shù)難點(diǎn)。布里淵散射和馬赫曾德爾干涉用到的都是窄帶光源，并且布里淵光時(shí)域分析(BOTDA)技術(shù)需要雙端檢測(cè)，而馬赫曾德爾干涉?zhèn)鞲屑夹g(shù)也需要雙端檢測(cè)，因此在此基礎(chǔ)上可將兩者有機(jī)結(jié)合。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種布里淵光時(shí)域分析和馬赫曾德爾干涉共同檢測(cè)的分布式光纖傳感裝置。一種布里淵光時(shí)域分析和馬赫曾德爾干涉共同檢測(cè)的分布式光纖傳感裝置，其特征是窄帶光源、四個(gè)光耦合器、光放大器、光開關(guān)、兩個(gè)光偏振控制器、兩個(gè)光調(diào)制器、兩個(gè)光電檢測(cè)器、電子處理器。窄帶光源發(fā)出光經(jīng)光耦合器分為兩路，一路輸出與光調(diào)制器的輸入端相連，光調(diào)制器的輸出端與光放大器的輸入端相連，光放大器的輸出端與光偏振控制器的輸入端相連，光偏振控制器的輸出端與光稱合器的a端相連,光稱合器的c端與光纖的一端相連，光稱合器的d端與光開關(guān)的一端相連,光開關(guān)的另一端與光纖的一端相連,而光纖的另一端分別于光稱合器的a、b端相連,而光稱合器的c端與光纖一端相連,光纖另一端則與光稱合器的c端相連,光稱合器的a端與光電檢測(cè)器的輸入端相連,光稱合器的b端與光電檢測(cè)器的輸入端相連；光稱合器的另一路輸出與光調(diào)制器的輸入端相連，光調(diào)制器的輸出端與光偏振控制器的輸入端相連，光偏振控制器的輸出端與光I禹合器的b端相連,光電檢測(cè)器的輸出端分別與電子處理器的輸入端相連。電子處理器對(duì)光調(diào)制器進(jìn)行控制。所述的光調(diào)制器(3)可以為電光調(diào)制器或聲光調(diào)制器，受電子處理器控制，在裝置進(jìn)行布里淵信號(hào)檢測(cè)時(shí)進(jìn)行光脈沖調(diào)制，使脈沖光進(jìn)入傳感光纖；而在進(jìn)行馬赫曾德爾干涉?zhèn)鞲袝r(shí)，光調(diào)制器不進(jìn)行光幅度調(diào)制。所述的光調(diào)制器(13)為射頻電光調(diào)制器，受電子處理器控制，在裝置進(jìn)行布里淵信號(hào)檢測(cè)時(shí)進(jìn)行調(diào)制，使入射光產(chǎn)生頻移后進(jìn)入傳感光纖；而在進(jìn)行馬赫曾德爾干涉?zhèn)鞲袝r(shí)，調(diào)制器進(jìn)行預(yù)調(diào)制或不進(jìn)行光調(diào)制。所述的光開關(guān)(17)受電子處理器控制，在裝置進(jìn)行布里淵信號(hào)檢測(cè)時(shí)斷開，在進(jìn)行馬赫曾德爾干涉?zhèn)鞲袝r(shí)則閉合。利用光纖布里淵散射測(cè)量溫度、應(yīng)變?cè)碓诠饫w中，布里淵散射光的頻移與光纖中的有效折射率和超聲聲速有關(guān)，外界溫度和應(yīng)力的變化都能使有效折射率和超聲聲速產(chǎn)生變化，從而改變布里淵頻移。所以只要檢測(cè)布里淵散射光的頻移就能得到溫度或應(yīng)力在光纖上的分布。布里淵頻移的數(shù)學(xué)表達(dá)式為
νΒ = 2ηνα Λ(I)
&為布利淵頻移;為光纖纖芯折射率；G為聲速；』為泵浦光的波長(zhǎng)。當(dāng)泵浦光的波長(zhǎng)Λ =1. 55um時(shí)，布里淵頻移約為IIGHz。布里淵頻移與外界溫度、應(yīng)變呈線性關(guān)系
Δ G = C7wTAT + CtfAer⑵
其中匕為布里淵頻移變化量;Α ε為應(yīng)變的變化量;Α Γ為溫度變化量為布里淵頻移溫度系數(shù)為布里淵頻移應(yīng)變系數(shù)測(cè)量可得，在外界溫度或應(yīng)變不變時(shí)，根據(jù)布里淵頻移可測(cè)得外界應(yīng)變或溫度的變化。布里淵分布式光纖傳感主要有光時(shí)域反射(BOTDR)和光時(shí)域分析(BOTDA)兩種機(jī)理，這里采用光時(shí)域分析方式。信號(hào)光從光源進(jìn)入光耦合器(2)后分為兩路，一路為激勵(lì)光，經(jīng)光調(diào)制器(3)進(jìn)行光脈沖調(diào)制后進(jìn)入傳感光纖(7)始端；另一路為探測(cè)光，經(jīng)光調(diào)制器(13)進(jìn)行調(diào)制產(chǎn)生約IlGHz左右的頻移，進(jìn)入傳感光纖(10)末端。光電檢測(cè)器(15)檢測(cè)的是探測(cè)光，其信號(hào)反映在一定頻移下傳感光纖各處的受激布里淵散射大小。當(dāng)激勵(lì)光與探測(cè)光的頻差與光纖中某區(qū)域的布里淵頻移相等時(shí)，在該區(qū)域就會(huì)產(chǎn)生布里淵放大效應(yīng)，兩光束相互之間發(fā)生能量轉(zhuǎn)移。由于布里淵頻移與溫度、應(yīng)變存在線性關(guān)系，因此，對(duì)激光器的頻率進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)的同時(shí)，通過檢測(cè)從光纖一端耦合出來的連續(xù)光的功率，就可確定光纖各段區(qū)域上能量轉(zhuǎn)移達(dá)到最大時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率差，從而得到溫度、應(yīng)變信息，實(shí)現(xiàn)分布式測(cè)量。馬赫曾德爾干涉的基本結(jié)構(gòu)為光源經(jīng)光耦合器(2)分為兩路信號(hào)光，一路信號(hào)光經(jīng)經(jīng)光耦合器(6)分為兩路，分別注入?yún)⒖急?9)和信號(hào)臂(7)，再經(jīng)光耦合器(8)進(jìn)入返回光纖(10)，由光電檢測(cè)器(16)檢測(cè)干涉信號(hào)，為正向光；另一路信號(hào)光經(jīng)光耦合器(12)進(jìn)入返回光纖(10)，再經(jīng)光耦合器(8)進(jìn)入傳感光纖(包括參考臂、信號(hào)臂)，由光電檢測(cè)器
(15)檢測(cè)干涉信號(hào)，為反向光。正反兩路光，形成環(huán)路。 信號(hào)光在光纖的信號(hào)臂和參考臂中傳輸，信號(hào)臂用來感受外界振動(dòng)，參考臂用來傳干涉儀的另一路光。當(dāng)有振動(dòng)或者壓力信號(hào)作用于光纖信號(hào)臂時(shí)，會(huì)引起信號(hào)臂光纖的幾何尺寸和折射率等參數(shù)發(fā)生變化，導(dǎo)致在其中傳輸?shù)墓獠ㄏ辔划a(chǎn)生變化。同時(shí)，參考臂中傳輸?shù)墓獠ㄏ辔徊话l(fā)生類似變化，因此信號(hào)臂和參考臂內(nèi)傳輸?shù)膬墒庵g產(chǎn)生相位差，在匯合時(shí)將發(fā)生干涉，干涉光強(qiáng)的變化由光電探測(cè)器轉(zhuǎn)化為電信號(hào)表現(xiàn)。
根據(jù)光的干涉理論，兩路光在任意點(diǎn)發(fā)生干涉時(shí)，該點(diǎn)光強(qiáng)為
權(quán)利要求
1.一種布里淵光時(shí)域分析和馬赫曾德爾干涉共同檢測(cè)的分布式光纖傳感裝置，其特征是窄帶光源(I)、四個(gè)光耦合器(2)、(6)、(8)、(12)、光放大器(4)、光開關(guān)(17)、兩個(gè)光偏振控制器(5)、(14)、兩個(gè)光調(diào)制器(3)、(13)、兩個(gè)光電檢測(cè)器(15)、(16)、電子處理器(11)，窄帶光源(I)發(fā)出光經(jīng)光耦合器(2)分為兩路，一路輸出與光調(diào)制器(3)的輸入端相連，光調(diào)制器(3)的輸出端與光放大器(4)的輸入端相連,光放大器(4)的輸出端與光偏振控制器(5)的輸入端相連，光偏振控制器(5)的輸出端與光I禹合器(6)的a端相連,光f禹合器(6)的c端與光纖(7)的一端相連,光I禹合器(6)的d端與光開關(guān)(17)的一端相連,光開關(guān)(17)的另一端與光纖(9)的一端相連，而光纖(7)、(9)的另一端分別于光耦合器(8)的a、b端相連,而光稱合器(8)的c端與光纖(10) —端相連,光纖(10)另一端則與光稱合器(12)的c端相連,光f禹合器(12)的a端與光電檢測(cè)器(16)的輸入端相連,光I禹合器(6)的b端與光電檢測(cè)器(15)的輸入端相連；光I禹合器(2)的另一路輸出與調(diào)制器(13)的輸入端相連，光調(diào)制器(13)的輸出端與光偏振控制器(14)的輸入端相連,光偏振控制器(14)的輸出端與光I禹合器(12)的b端相連,光電檢測(cè)器(15)、(16)的輸出端分別與電子處理器 (11)的輸入端相連；電子處理器(11)對(duì)光調(diào)制器(13)和光調(diào)制器(3)進(jìn)行控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所示的一種布里淵光時(shí)域分析和馬赫曾德爾干涉共同檢測(cè)的分布式光纖傳感裝置，其特征是通過電子處理器(11)控制調(diào)制器(3) ,(13)光開關(guān)(17)，使裝置分別適應(yīng)布里淵散射和馬赫曾德爾干涉的測(cè)量。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所示的一種布里淵光時(shí)域分析和馬赫曾德爾干涉共同檢測(cè)的分布式光纖傳感裝置，其特征是通過光耦合器出)、(8)、(12)使布里淵散射和馬赫曾德爾干涉共用光纖(7)、(10)。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種布里淵光時(shí)域分析和馬赫曾德爾干涉共同檢測(cè)的分布式光纖傳感裝置，能實(shí)現(xiàn)振動(dòng)和溫度(或應(yīng)變)的同時(shí)測(cè)量。裝置包括窄帶光源、四個(gè)光耦合器、光放大器、光開關(guān)、兩個(gè)光偏振控制器、兩個(gè)光調(diào)制器、兩個(gè)光電檢測(cè)器、電子處理器。該傳感裝置通過共用光源、共用傳感光纖將布里淵分布式光纖傳感器和馬赫曾德爾光纖傳感結(jié)合在一起。利用布里淵傳感測(cè)量溫度(或應(yīng)力)，利用馬赫曾德爾傳感測(cè)量振動(dòng)，實(shí)現(xiàn)裝置的多參量測(cè)量，從而提高了光纖傳感裝置的性價(jià)比，拓寬了其應(yīng)用場(chǎng)合。
文檔編號(hào)G01L1/24GK102636217SQ201210004480
公開日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2012年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月9日
發(fā)明者宋牟平 申請(qǐng)人:宋牟平