[发明专利]基于高光谱分辨技术的光纤温度和应力传感装置及方法

权利要求书

1.基于高光谱分辨技术的光纤温度和应力传感装置，其特征在于，包括光学发射系统(100)、光纤传感系统(200)、高光谱分辨扫描系统(300)、光学滤波系统(400)、数据采集系统(500)和控制系统(600)，其中，

所述光学发射系统(100)用于输出激光脉冲；所述光纤传感系统(200)用于将光学发射系统(100)输出的激光脉冲传输到参考光纤和待测光纤中并将光纤的后向散射信号耦合到所述高光谱分辨扫描系统(300)中；所述高光谱分辨扫描系统(300)用于对光纤后向散射谱进行扫描，所述高光谱分辨扫描系统(300)包括法布里-帕罗干涉仪；所述光学滤波系统(400)用于滤除光纤端面反射信号、光纤瑞利后向散射信号及背景噪声，从而提取参考光纤和待测光纤中的布里渊后向散射信号；所述数据采集系统(500)用于对参考光纤和待测光纤后向布里渊散射信号进行探测和采集，根据参考光纤中的已知温度和应变下的后向布里渊散射谱，及待测光纤的后向布里渊散射谱的谱宽和相对频移信息得到待测光纤中的温度和应变信息；所述光学发射系统(100)、高光谱分辨扫描系统(300)和数据采集系统(500)的工作和数据交互均在所述控制系统(600)的控制下完成。

2.根据权利要求1所述的基于高光谱分辨技术的光纤温度和应力传感装置，其特征在于，

还包括恒温箱；

所述光学发射系统(100)包括激光器和声光调制器；

所述光纤传感系统(200)包括第一环形器(1)和参考光纤(3)；

所述高光谱分辨扫描系统(300)还包括起偏器和法布里－帕罗干涉仪控制器；

所述光学滤波系统(400)包括第二环形器(2)和布拉格光栅；

所述数据采集系统(500)包括单光子探测器和采集卡；

所述控制系统(600)包括任意函数发生器和计算机；

所述激光器输出的光辐射经过所述声光调制器后进入所述第一环形器(1)的输入端，所述第一环形器(1)的收发复用端与所述参考光纤(3)连接，由所述第一环形器(1)的输出端输出的光辐射依次经过所述起偏器、所述法布里－帕罗干涉仪后进入所述第二环形器(2)的输入端，所述布拉格光栅设置在所述第二环形器(2)的收发复用端的出射光路中，所述第二环形器(2)的输出端与所述单光子探测器和所述采集卡依次连接；

所述法布里－帕罗干涉仪控制器与所述法布里－帕罗干涉仪连接，用于控制所述法布里－帕罗干涉仪；

所述任意函数发生器分别与所述声光调制器、采集卡和单光子探测器连接，用于向所述声光调制器、采集卡和单光子探测器发送控制信号；

所述计算机分别与所述法布里－帕罗干涉仪控制器和采集卡连接，用于向所述法布里－帕罗干涉仪控制器发送控制信号、实现与所述采集卡的信号交互，以及对接收到的信号进行数据处理；

所述参考光纤(3)与所述法布里－帕罗干涉仪放置于所述恒温箱中，所述参考光纤(3)的尾纤用于连接待测光纤。

3.根据权利要求1或2所述的基于高光谱分辨技术的光纤温度和应力传感装置，其特征在于，所述光学发射系统(100)还包括放大器和隔离器，所述放大器设置于所述声光调制器和所述第一环形器(1)组成的光路之间，所述隔离器设置于所述放大器和所述第一环形器(1)组成的光路之间。

4.根据权利要求3所述的基于高光谱分辨技术的光纤温度和应力传感装置，其特征在于，所述激光器为光纤激光器，所述第一环形器(1)和第二环形器(2)均为光纤环形器，所述声光调制器为光纤声光调制器，所述起偏器为光纤起偏器，所述法布里－帕罗干涉仪为光纤法布里－帕罗干涉仪，所述放大器为光纤放大器，所述隔离器为光纤隔离器。

5.根据权利要求1或2或4所述的基于高光谱分辨技术的光纤温度和应力传感装置，其特征在于，所述法布里－帕罗干涉仪控制器的电压调节精度为1μV，调节步长为1mV；所述法布里－帕罗干涉仪的自由谱间距为4.02GHz，精细度为43，所述单光子探测器为上转换单光子探测器。

6.根据权利要求5所述的基于高光谱分辨技术的光纤温度和应力传感装置，其特征在于，所述布拉格光栅为反射式布拉格光栅，其带宽为8pm，中心波长为1548.18nm，反射率为99％。

7.根据权利要求1、2、4或6所述的基于高光谱分辨技术的光纤温度和应力传感装置，其特征在于，所述激光器的中心波长为光通信波段。