[实用新型]一种单端结构动态测量的布里渊光纤传感系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及光纤传感技术，具体是一种单端结构动态测量的布里渊光纤传感系统。

背景技术

当光纤中相向传输的两束光波的频率差在光纤固有布里渊增益范围内时，这两束光通过声波场发生受激布里渊作用，两束光之间发生能量转移，当两束光的频率差等于光纤固有的布里渊频移（Brillouin frequency shift，简称 BFS）时，能量转移量最大，据此可以测量出沿光纤长度的布里渊频移分布，布里渊光时域分析（Brillouin optical time domain analysis，简称BOTDA）技术正是基于上述原理，并利用布里渊频移（BFS）与温度和应变之间的线性关系来实现分布式温度和应变传感的。BOTDA具有长距离、高测量精度等特点，在桥梁大坝等大型土木工程和油气管道的结构健康监测中有着巨大的潜在用途。

传统的BOTDA系统中，系统在检测时需要在光纤的两端分别注入泵浦光和探测光，因此在实际测量中系统的有效传感距离只有标称传感长度的一半。另一方面，双端注入在实际使用中不方便。同时，在使用电光调制器调制脉冲光的时候，由于电光调制器的消光比有限，必然会在系统中产生泄漏的连续光，这些连续光将会在传感光纤干扰实际数据的测量。为了提高电光调制器的消光比，减少漏光在系统中的影响，高消光比的电光调制器被要求使用，这将造成系统仪器的成本将急剧提升。除此之外，传统BOTDA需要对泵浦光和探测光的频率差进行扫频以获取布里渊频移，扫频非常耗时，因此传统基于扫频的BOTDA系统不适用动态事件的测量。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种单端结构动态测量的布里渊光纤传感系统。这种系统的优点是：单端结构可以实现BOTDA中标称测量距离即为有效测量距离；可以提高电光调制器的消光比、可以减少测量时间，实现动态测量、能实现长距离动态应变的监测功能。

实现本实用新型的技术方案是：

一种单端结构动态测量的布里渊光纤传感系统，包括

调制高消光比模块，所述调制高消光比模块利用脉冲光控制射频开关进而控制射频信号对电光调制器的信号输入，调制出脉冲光的同时微波源对泵浦光进行了调制， 调制成两个分别为v₀+f_m和v₀-f_m的反斯托克斯和斯托克斯的光；

相移调制模块，所述相移调制模块通过对探测光进行相位调制；

解调模块，所述解调模块对带有信号的光进行相位解调；

单端模块，其为FC/PC连接器，连续光通过传感光纤，在FC/PC连接器端面发生反射之后，再进入传感光纤并在传感光纤中与泵浦光发生散射；

激光器光源通过第一耦合器输出两路连续光，第一路连续光进入调制高消光比模块的输入端，调制高消光比模块的输出端连接到第二耦合器的一个输入端；第二路连续光进入相移调制模块的输入端，相移调制模块的输出端连接到第二耦合器的另一个输入端；第二耦合器的输出端接入光环形器的1端口，光环形器的2端口通过传感光纤与单端模块相接；光环形器的3端口与解调模块相接。

所述的调制高消光比模块包括第一微波信号源、射频开关、脉冲信号发生器、电光调制器和滤波器，第一微波信号源通过射频开关与脉冲发生器相连，射频开关的另一端连接电光调制器的射频接口；电光调制器的输出端连接滤波器的输入端。

所述第一微波信号源输出到电光调制器的微波频率f_m为10GHz。

所述相移调制模块包括单边带调制器和第二微波信号源，第二微波信号源输出到单边带调制器的频率f_RF范围为500MHz-1500MHz。

使用上述单端结构动态测量的布里渊光纤传感系统的传感方法，包括如下步骤：

激光器发出频率为v₀的连续光被第一耦合器分成两路连续光，即第一路连续光和第二路连续光；