[发明专利]一种基于相干检测的分布式布里渊光纤传感系统

说明书

技术领域

本发明属于光纤传感领域，具体涉及一种基于相干检测的分布式布里渊光纤传感系统。

背景技术

分布式光纤传感器是基于测量光波在光纤中传播时产生的散射光的原理的一种传感方式。分布式光纤传感器和传统的传感方法相比具有更多的优点，主要表现为可以同时获得被测量的空间分布状态和随时间变化的信息；可以在整个光纤长度上对沿光纤分布的环境参数进行连续测量；在理论上可以把被测量作为光纤位置长度的函数，从而得到任意大小的分辨率；可以用一条光纤来取代传统的几百个点阵构成的传感器的阵列；可以由光纤和简单的控制器来代替由许多电缆和各级控制中心组成的复杂电气系统。

基于BOTDR技术的光纤传感技术是在传统的OTDR基础上发展起来的，在OTDR系统中，光脉冲注入光纤系统的一端，光纤中的背向瑞利散射光作为时间的函数，同时带有光纤沿线温度/应变分布的信息，散射光与脉冲光之间的时间延迟提供对光纤的位置信息的测量，散射光的强度提供对光纤的衰减的测量。在BOTDR中，由于布里渊散射受温度和应变的影响，因此通过测量布里渊散射便可以得到温度和应变信息。

布里渊光纤激光器是将光纤置于谐振腔内，利用光纤的布里渊增益而产生激光的。布里渊光纤环形激光器具有窄线宽、频率稳定、增益方向敏感等优点，因此一直是人们研究的热点。传统的BOTDR采用泵浦光作为本振光，拍频后的信号频率为11GHz左右，对光电探测器的带宽和灵敏度均提出了很高的要求，增大了检测难度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有分布式布里渊光纤传感系统中带宽和灵敏度检测存在检测难度高的上述不足，提供一种基于相干检测的分布式布里渊光纤传感系统，输出的布里渊激光线宽窄、频率稳定，增加传感精度。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种基于相干检测的分布式布里渊光纤传感系统，包括泵浦激光器和耦合器，泵浦激光器发出的激光经过耦合器分成两路探测光，第一路探测光进入下臂光路的布里渊光纤环形激光器中，布里渊光纤环形激光器输出的布里渊激光作为本振光；第二路探测光进入上臂光路的分布式布里渊光纤传感器中，得到含有温度和应变信息的背向布里渊信号光作为散射光；所述上臂光路的布里渊信号光（散射光）与下臂光路的布里渊激光（本振光）通过第二光耦合器进行混频后连接至光电探测器，进行光电转换，提取出含有光纤链路上的温度和应变信息，实现长距离温度和应力的同时测量。

按上述方案，所述布里渊光纤环形激光器包括第一光环形器、高非线性光纤、第一光耦合器以及偏振控制器，所述第一路探测光自第一光环形器的A端口，进入布里渊光纤环形激光器；所述高非线性光纤的一端与第一光环形器的B端口相连，另一端连接到耦合器；所述第一光环形器的C端口通过偏振控制器也连接到第一光耦合器；布里渊光纤环形激光器产生的布里渊激光从第一光耦合器输出并进入第二光耦合器。

按上述方案，所述分布式布里渊光纤传感器包括依次相连的电光调制器、EDFA，光滤波器，第二光环形器以及单模传感光纤，所述第二路探测光经电光调制器调制为脉冲信号，运用EDFA放大，并经光滤波器滤除ASE噪声后，经第二光环形器的B端口进入单模传感光纤，得到含有温度和应变信息的布里渊信号光（背向布里渊散射光）；同时，第二光环形器的C端口与所述第二光耦合器相连，分布式布里渊光纤传感器产生的布里渊信号光通过第二光环形器的C端口输出并进入第二光耦合器。

按上述方案，该分布式布里渊光纤传感系统还包括与光电探测器相连的电谱分析仪，所述电谱分析仪用于显示所得到的温度和应变信息。

按上述方案，所述泵浦激光器为DFB激光器，用于分别为布里渊光纤环形激光器和分布式布里渊光纤传感器提供泵浦光。

按上述方案，所述所述上臂光路的布里渊信号光与下臂光路的布里渊激光通过第二光耦合器（12）进行混频后的频率范围在0.3~0.5GHz（差频信号的频率范围）。