[发明专利]同时测量静态/动态应变、温度的光纤传感器系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于光纤传感器技术领域，涉及一种能同时进行入侵检测和温度/应变多参数实时测量的光纤传感器系统，构成了具有入侵预警功能和温度应变实时监测功能的复合式光纤传感器系统。

背景技术

随着大型基础工程设施如桥梁、隧道、大坝、高速铁路、公路以及重大工程设施如电力通信网络、输油输气管道、能源存储基地、大型电站等的不断建设和普及使用，对它们特别是对大型国防基础工程设施进行安全健康监测以及时发现故障、防灾减灾、确保国家和人民生命财产安全显得越来越重要。但是对这些大型基础工程设施的安全监测具有监测距离长、范围广、结构复杂、部位隐蔽等特点，同时具有精度高、实时性、分布式等要求，使得传统监测手段难以胜任。分布式光纤传感技术因不需制作传感器(只需采用普通光纤)并可同时测量获得沿光纤路径上时间和空间的连续分布信息，完全克服了点式传感器(如光纤光栅传感器)难以对被测场进行全方位连续监测的缺陷。同时还具有光纤损耗低、抗腐蚀、易埋入、抗电磁场干扰、信号数据可多路传输等传统传感器所不具备的优越性能，而成为目前最为理想的大型设施无损监测技术，显示出十分诱人的应用前景。在分布式光纤传感技术中，应用比较广泛的有基于布里渊散射的分布式光纤传感技术、基于拉曼散射的分布式光纤传感技术和基于瑞利散射的分布式光纤传感技术。

自从1989年，T.Horiguchi等首次提出了B-OTDA传感技术并将其用于对光纤的无损检测以来(见Horiguchi T.BOTDA-nondestructive measurement of single-mode optical fiber attenuation characteristics using Brillouin interaction：theory[J].J.Lightwave Technol.，1989)，由于其在温度、应变测量上所达到测量精度、测量范围以及空间分辨率均高于其它传感技术，使得该技术得到了广泛关注。然而，在一些重要的监测场合，特别是需要在故障未发生或即将发生时就会报警以避免重大安全事故发生或造成严重经济损失的场合(如石油管道、地埋高压线等安防监测)，由于布里渊光纤传感技术只能感知静态应变，当破坏事件发生的初期，光纤线路受到微扰时，很难被捕捉并预警，因此在一些输油管道、地埋高压线等场合，虽然布设了基于布里渊散射的分布式传感器系统，但是盗油、盗电缆事件仍时有发生。基于瑞利散射的分布式传感技术以其高灵敏度、传感距离远、定位准确成为安防领域应用最有前景的分布式光纤传感技术之一。可以实现在事故发生之前通过监测轻微的扰动以达到预警，避免灾难发生的功能，但是它对静态的应变却不敏感。

发明内容

本发明的目的是要提供一种能进行静态/动态应变与温度同时检测的光纤传感器系统，该系统包括：B-OTDA传感器系统和Φ-OTDR传感系统，其特征在于，在B-OTDA传感器系统和Φ-OTDR传感系统的基础上，还包括光开关，所述光开关用于切换工作模式使光纤传感器系统在两种工作模式下跳转，以实现静态应变与动态扰动的同时测量。

进一步，所述光开关用于切换两种工作模式具体包括：当光开关a端子与b端子接通时，即相位调制器和偏振控制器工作，传感系统回路闭合时，系统工作于B-OTDA模式；当光开关a端子与c端子接通，即相位调制器和偏振控制器不工作，传感系统回路断开时，系统工作于Φ-OTDR模式。

进一步，所述B-OTDA传感器系统具体包括：光纤激光器1、隔离器2、耦合器3、相位调制器4、光开关5、偏振控制器6、波形发生器7、声光调制器8、数据采集处理系统9、扰偏器10、掺铒光纤放大器11、可调谐滤波器12、光环形器13、光电探测器14、波分复用器15、拉曼放大系统16、微波发生器17、电光调制器18。

进一步，所述Φ-OTDR传感系统具体包括：光纤激光器1、隔离器2、耦合器3、光开关5、波形发生器7、声光调制器8、数据采集处理系统9、掺铒光纤放大器11、可调谐滤波器12、光环形器13、光电探测器14、波分复用器15、拉曼放大系统16。

进一步，所述拉曼放大系统16包括：14XX/15XX WDM，14XX拉曼泵浦源，其中，所述14XX/15XX WDM用于将布里渊探测波、布里渊泵浦波及所述14XX拉曼泵浦源，即B-OTDA工作模式，或者瑞利脉冲波、拉曼泵浦源，即Φ-OTDR工作模式耦合进传感光纤；所述14XX拉曼泵浦源用于产生分布式拉曼放大，其中，输出功率＞300mW，波长14XXnm。