[发明专利]一种基于布里渊散射双峰激励式监测仪

说明书

技术领域

本发明涉及测试计量领域，尤其涉及一种基于布里渊散射双峰激励式监测仪。

背景技术

电气化是现代社会发展水平的重要标志，电力作为基础能源与现代社会息息相关，电网安全维系国家安全。随着我国电力需求的快速增长，区域管理以及全国联网战略的实施，保证电网安全经济运行，提高能源利用效率已成为我国电力系统面临的关键性和紧迫性问题。

目前，布里渊传感器在电气化领域中应用广泛，最大优势是可以实现温度和应变的长距离分布式的测量，其空间分辨率可达厘米级，传感距离可达上百公里，但是目前普遍使用过程中，由布里渊系统中的微波光电调制器发出的脉冲信号为单峰脉冲，布里渊频谱测量的频率和分辨率此消彼长，相互矛盾，达不到同时提高的效果；而且输配电线遍布我国各地，在长期运行中受到雨雪、冰冻、日照、电磁感应、化学腐蚀以及电荷载流量等影响，会导致输配电线的负荷变化或老化，从而引起输配电线温度的变化、应力的变化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于布里渊散射双峰激励式监测仪，采用双峰激励式脉冲信号，布里渊频谱测量的频率分辨率和空间分辨率同时提高，解决了两者之间的矛盾，而且单模光纤的四周用聚丙烯腈基碳纤维封装，碳纤维间隙用环氧树脂浸润，可以提高系统的空间分辨率和测量精度，包覆碳纤维的单模光纤还具有高强度、耐腐蚀、耐高温、耐高压、耐疲劳、抗氢扰等特性。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种基于布里渊散射双峰激励式监测仪，包括半导体激光器、耦合器一、耦合器二、耦合器三、偏振控制器一、偏振控制器二、微波光电调制器、光电探测器、脉冲发生器、微波混频器、本地振荡器、匹配滤波器、信息采集与处理器、单模光纤，所述的半导体激光器与耦合器一的输入端连接，耦合器一的一个输出端与偏振控制器一连接，偏振控制器一与微波光电调制器连接，脉动发生器设置在微波光电调制器上，微波光电调制器与耦合器二的一个输入端连接，耦合器二的一个输出端与单模光纤连接，耦合器二的另一输出端与耦合器三的一个输入端连接；

耦合器一的另一个输出端与偏振控制器二连接，偏振控制器二与耦合器三的另一个输入端连接，耦合器三的输出端与光电探测器、微波混频器、匹配滤波器、信息采集与处理器依次连接，本地振荡器设置在微波混频器上。

所述的光电探测器为PbSe探测器。

所述的半导体激光器光源中心波长是1550nm。

利用布里渊监测仪进行传感信号监测的方法，步骤如下：

由半导体激光器发出的连续光经过耦合器一分成两路，一路光作为本振光，经过偏振控制器二，到达耦合器三；另一路光经偏振控制器一后，由微波光电调制器的脉冲发生器作用调制成双正弦脉动光，双正弦脉动光波之间的时间间隔设定在小于一个声子寿命时间，脉动光波经耦合器二进入单模光纤，产生的背向布里渊散射光进入耦合器三与本振光进行相干检测，相干后高频信号通过光电探测器、微波混频器、本地振荡器和匹配滤波器进行下变频，再通过匹配滤波器进入信息采集与处理器。

所述的微波光电调制器产生的脉冲光为脉动周期1.5ns，脉动间隔4ns的双峰正弦脉动信号，实现了空间分辨率15cm，温度/应力测量精度为±0.5℃/±15με的测量。

所述的微波光电调制器产生的脉冲光为正弦正半周脉冲光。

所述的单模光纤为G.625单模光纤，在光纤的四周用Φ10μm的聚丙烯腈PAN基碳纤维封装，碳纤维间隙用环氧树脂浸润，由此形成单模光纤外涂敷层。

与现有的技术相比，本发明的有益效果是：

(1)采用相关双峰激励技术，提高布里渊频谱的强度。利用布里渊频谱的振荡特性，精确地得到布里渊频移；在充分利用散射光的强相干性的同时，采用外差相干法检测布里渊频移信号，提高系统的空间分辨率和测量精度。

(2)碳纤维质量很轻，用它封装的光纤传感器适合敷设在架空电力线上，同时碳纤维还具有高强度、耐腐蚀、耐高温、耐高压、耐疲劳、抗氢扰等特性。由于碳纤维固化在光纤外部，使光纤只有轴向应变，径向应变近似为零，使得光纤测量灵敏度提高一倍多。

附图说明

图1是本发明双峰激励式布里渊传感原理图。

图2是包覆碳纤维的单模光纤剖面图。