[发明专利]一种长距离光纤布里渊光时域分析器

说明书

技术领域

本发明涉及一种分布式光纤传感器，尤其是涉及一种长距离光纤布里渊光时域分析器。

背景技术

分布式光纤传感器在电力设备、土木工程、水利设施和通信光缆等领域的安全监控中有着广泛的应用。基于布里渊散射的分布式光纤传感器具有测量距离长、测量精度高，并且可实现温度和应力测量等优点，因此备受人们关注。光纤布里渊传感技术主要包括以下两类：布里渊光时域反射（BOTDR，Brillouin Opitcal Time Domain Reflectometry）技术和布里渊光时域分析（BOTDA，Brillouin Opitcal Time Domain Analysis）技术。其中，布里渊光时域反射技术为单端测量，其探测微弱的自发布里渊散射光，因此难以实现长距离测量；布里渊光时域分析技术则为双端测量，其探测较强的受激布里渊散射光，因此测量距离与测量精度均优于布里渊光时域反射技术，是目前最具应用前景的光纤传感技术。

布里渊光时域分析器是利用泵浦光和探测光的相互作用实现分布式温度、应变传感的。为实现泵浦光和探测光的控制以及频率扫描，现有的布里渊光时域分析器均将泵浦光源和探测光源均设置于传感光纤的一侧，传感光纤采用U型往返配置（环路结构）。这样，泵浦光和探测光均需经历两倍于传感距离的光纤长度才能实现测量，具体而言，如果要实现50km的传感距离，则泵浦光和探测光需经历100km的光纤长度，这不仅浪费了泵浦光和探测光的能量以及测量时间，更关键的是受光纤非线性效应限制，随着光纤长度的增加，泵浦光的输入光功率受到限制，从而影响了传感器的测量精度。

对于长距离光纤布里渊光时域分析器，目前亦有相关研究报道，如加拿大X. Bao等人在SPIE会议论文中介绍了利用脉冲编码技术的布里渊光时域分析器可以提高测量长度和空间分辨率，可实现50km测量距离、1m空间分辨率的高精度测量（X．Bao，H．Liang，Y．Dong，W．Li，Y．Li，and L．Chen，“Pushing the limit of the distributed Brillouin sensors for the sensing length and the spatial resolution”，Proceedings of SPIE，vol. 7677，pp. 767702 -767702-13，2010）。另外，西班牙的Marcelo A. Soto等人利用类似技术实现了环路（即常规的传感光纤U型往返配置）120km的布里渊光时域分析器（Marcelo A. Soto，Gabriele Bolognini，and Fabrizio Di Pasquale，“Long-range simplex-coded BOTDA sensor over 120km distance employing optical preamplification”，Optics Letters，vol. 36，Issue 2，pp. 232-234，2011），其最大测量距离将不超过60km，是目前报道的最高值。

电力架空线路、长输油气管道属于重大基础设施，其运营安全关系国计民生，亟需新型的在线监测技术。无论是电力架空线路还是长输油气管道，其节点很长，典型监测距离为80km，有的甚至超过120km，然而常规的传感光纤U型往返配置的布里渊光时域分析器无法满足该监测需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种长距离光纤布里渊光时域分析器，其能够有效增加系统的传感距离，并且不牺牲空间分辨率和测量精度。