[发明专利]一种光纤光栅结合布里渊散射信号检测的传感结构

说明书

技术领域

本发明涉及光纤布拉格光栅传感和布里渊分布式光纤传感，属于光纤传感技术领域。

背景技术

在分布式光纤传感领域中，拉曼分布式温度传感器的实际应用较为成熟，而布里渊分布式传感器的应用存在一些技术难点。例如专利1973178公开了一种分布式光纤传感器，是一类利用布里渊散射现象测定变形或温度的分布式光纤传感器；专利102109362A公开了一种采用光纤布里渊频移器的分布式光纤布里渊传感器，是一类利用光纤的布里渊散射的频移效应、布里渊散射光的应变/温度效应和光时域分析原理制成的分布式光纤传感器。但是这些公开仅限于对布里渊散射长距离分布式的检测，没有涉及到分布式光纤传感和其他光纤传感的有机结合。

国内有一些专利也公开了分布式光纤布里渊散射检测的改进方法，如101852655A公开的分布式光纤拉曼、布里渊散射传感器，其特征是利用基于光纤非线性光学散射的融合原理和波分复用原理，利用背向光纤自发反斯托克斯和斯托克斯拉曼散射光强度比来测光纤温度以改良分布式布里渊散射传感系统，提高系统的信噪比，改善了测量精度。但是没有涉及点式传感和分布式传感结合的改进方法。

长距离布里渊分布式光纤传感方法也有被提出，（范胜利，宋牟平，基于光相干外差检测的布里渊散射DOFS的研究：光子学报，233-236，2005），利用了应用光相干和外差技术来检测布里渊散射光信号，实现了长距离布里渊散射分布式光纤传感系统。

发明内容

本发明的目的是提出一种光纤光栅结合布里渊散射信号检测的传感结构。

本发明所要解决的技术问题是提供一种成本低、易实现的光纤光栅和光纤布里渊背向散射同时检测的传感结构。本发明基于电信号的频率可以实现高精度控制的条件下，采用射频电信号光调制产生高精度的光频移，结合可调波长窄带光源，可实现高性价比的光纤光栅和布里渊散射信号同时检测的技术方案。

本发明的一种光纤光栅结合布里渊散射信号检测的传感结构，包括（波长可调）窄带光源、光耦合器I、射频光调制器、脉冲光调制器、光带通滤波器、光放大器、光环形器或光双向耦合器、光纤光栅阵列、光偏振控制器、光纤、光耦合器II、光电检测器、电子处理器；（波长可调）窄带光源发出光，并与光耦合器相连，光经过光耦合器后分两路，一路通过射频光调制器产生高精度光频率移动，再通过脉冲光调制器、光带通滤波器、光放大器、光环形器或光双向耦合器接入光纤，从光纤光栅阵列返回的信号光和从光纤中返回的布里渊散射信号光经环行器或光耦合器到达光电检测器进行探测；必要时从光源出来的另一路光，经偏振控制器与信号光经双向耦合器汇合后，进行光相干检测，利用光相干检测来提高检测信噪比，光电检测器连电子处理器。

上述的传感检测结构中，可用于同时检测光纤光栅反射信号和光纤布里渊背向散射信号。

上述的传感检测结构中，可以通过光耦合器从光源引一路参考光，经过偏振控制器到光电检测器，来实现光相干检测，以提高检测信噪比。

本发明利用光纤布拉格光栅的中心波长随外界传感量的变化来进行点式传感检测；利用光纤布里渊散射光的中心波长随外界传感量的变化来进行分布式传感检测；通过相互补偿来提高检测精度，并实现多参量传感。

（波长可调）窄带光源产生的直流光进入光耦合器并分为两路，一路探测光经过射频光调制器得到波长/频率精确可调的激光，再经过脉冲光调制器可得到光脉冲，经过光带通滤波器滤出所需频率光，再经光放大器进入光环行器（光双向耦合器），从光环行器（光双向耦合器）一端进入的光信号进入光纤并在光纤上传播（其间同时经过光纤光栅阵列），经光纤光栅反射返回的光信号和由光纤中返回的布里渊散射信号回到光环行器（光双向耦合器），进入光电检测器；光耦合器出来的光源的另一路光经过光偏振控制器调整后进入光电检测器，可实现需要的光相干检测。利用相干检测来提高检测信噪比。利用如下的光纤布里渊背向散射频移公式                                                得到整个分布式光纤上的信息。在此基础上行，利用如下的光纤光栅频移公式得到更精确的点式光纤光栅处的信息。

与现有技术和方案相比，本发明的优点在于