[发明专利]一种基于多机理融合的多参量分布式光纤传感器

说明书

技术领域

本发明属于光电信号处理领域，尤其涉及一种基于多机理融合的多参量分布式光纤传感器。

背景技术

分布式光纤传感器（DOFS）以其可对被测量场的连续空间进行传感而成为传感领域中引人注目的一项技术，充分利用了光纤的传和感的能力，沿光纤可同时得到被测量场在时间和空间上的分布信息，具有普通电传感器所无法替代的独特应用前景。不同机理分布式光纤传感主要包括瑞利（Rayleigh）散射DOFS、光纤干涉仪DOFS、光纤的偏振模式耦合DOFS、拉曼（Raman）散射DOFS和布里渊（Brillouin）散射DOFS等。

目前针对单一机理的分布式光纤传感器的研究相对深入：

公开号为CN 101324424A的专利申请文件公开了一种新型光纤布里渊光时域分析器，其利用光纤宽带非线性光放大效应和相关方法的布里渊散射光的应变、温度效应和光时域分析器。包括窄带单频光纤激光器，光纤分路器，脉冲调制器，两个光纤环形器，外差接收器数字信号处理器，光纤光栅滤波器，单模光纤和连续运行的光纤拉曼泵浦激光器。

授权公告号为CN 1232846C的中国专利公布了一种基于微弯传输波导的马赫-曾德干涉型传感装置，该传感装置输入光波导的一端与激光光源连接，其另一端与第一耦合器的一端连接后，分别接弯折的传感光波导臂和弯折的参考光波导臂的一端，再经第二耦合器接输出光波导，传感光波导臂的外侧装有传感样品池，参考光波导臂的外侧装有标准样品池。

申请公布号为CN 102818657 A的专利申请文件公开了一种基于EDFA放大技术的远程分布式拉曼温度传感器，其特征在于至少设有两条传感光纤，相邻的两条传感光纤之间设有两个环形器和放大器，其中上一级传感光纤中的信号依次经过第一环形器、EDFA放大器、第二环形器后进入下一级传感光纤，下一级传感光纤中的背向反射信号依次经第二环形器、第一环形器后返回上一级传感光纤并经波分复用器送入数据采集器。

但以上现有技术受各自技术特点的制约，难以实现分布式光纤传感器的理想应用目标：对静态和动态多参量进行大范围的实时在线监测，特别是对于建筑结构、输电/通信线缆、输油/气管道、桥梁、水库水坝、军事场地等的监测，单一的应变或温度等检测难以达到行业应用规范的多参量检测需要。例如要同时对静态、动态和大幅度应变等进行传感，这是单一传感机理的分布式光纤传感器难以达到的。

发明内容

本发明针对目前对多机理融合的分布式光纤传感器研究较少，而单机理分布式光纤传感器难以实现对多机理多结构的传感光纤理想应用的技术问题，提出了一种基于多机理融合的多参量分布式光纤传感器。

一种基于多机理融合的多参量分布式光纤传感器，包括参数可控光源、可调光信号处理系统和可重配置光电信号处理系统；其中可调光信号处理系统的一端由光纤并联连接参数可控光源和可重配置光电信号处理系统，另一端设有与待检测的多机理多结构的传感光纤相连接的接口；

由参数可控光源产生多机理的光信号，所述多机理的光信号经光纤进入可调光信号处理系统完成光路控制后，经过待检测的多机理多结构的传感光纤，重返可调光信号处理系统，并在实现解复用和直接光功率检测、光相干检后进入可重配置光电信号处理系统进行分析检测，得出待检测的多机理多结构的传感光纤的传感结果；

所述的参数可控光源由波长可移窄带光源、电光相位调制器、声光调制器、马赫-曾德电光调制器、可调滤波器、高速光偏振控制器、电子控制系统组成；由电子控制系统通过双向控制信号对依次串联的波长可移窄带光源、电光相位调制器、声光调制器、马赫-曾德电光调制器、可调滤波器、高速光偏振控制器进行参数选择控制，从而得到多机理光信号；

所述的可调光信号处理系统包括光路控制模块、直接光功率检测器或光相干检测器，由光路控制模块对所述多机理光信号进行光路控制，由直接光功率检测器或光相干检测器对所述多机理光信号进行检测；

所述的可重配置光电信号处理系统由光电检测器、电子放大器、滤波器、高速AD转换器和基于FPGA的DSP处理模块组成，用来分析检测接收到光信号，并得出最后的传感结果。