[发明专利]一种基于单光源调制的分布式光纤应变和温度解调系统

说明书

技术领域

本发明涉及分布式光纤布里渊应变和温度传感器，属于分布式光纤传感技术领域，尤其涉及一种基于单光源调制的分布式光纤应变和温度解调系统。

背景技术

分布式光纤传感是一种新型传感方法，其中光纤作为传感介质，将其布设于物体表面或内部，可测得物体表面或内部的应变及温度分布情况。与传统监测手段相比，分布式光纤传感技术具有：

（1）可准确给出每个传感光缆所及的任何位置点处的应变情况，避免因理论建模推算引起的误差。

（2）可对结构体的应变情况进行准确定位，方便排查异常应变处的受力情况，排查故障。

（3）采用通讯光缆，使传感器的成本大幅下降。

（4）一旦光缆受到破坏，方便用OTDR等技术对光缆受损位置进行定位并维修。

（6）与电阻式、振弦式等非光纤监测方案比，分布式光纤应变监测系统，实现了光电分离，传感端无电，故抗电磁干扰能力强，适用于煤矿、油田、电厂、炼油厂、炼钢炉等防爆、辐射、高温、危险场所。

分布式光纤传感技术的核心部件是解调仪，其作用是向光纤两端输入两束光，并将光纤中返回的散射信号解算成应变和温度变化。当泵浦光和探测光两束光在光纤中相遇，当频率差在布里渊频谱内，会产生布里渊散射效应，探测光强被泵浦光所改变。若对探测光进行扫频，则可测得光纤中每一个位置点的布里渊频谱特性。由于布里渊频谱与光纤所受应力、温度在一定范围内呈线性关系，故通过测量布里渊频谱，可以推算出光纤每一个位置点处的应变、温度分布。

国内在解调方面形成的专利主要是采用双光源方案，即将泵浦光和探测光用两个窄线宽光源进行实现，如专利ZL 200480043385.4采用阶梯状光脉冲光源和CW光源分别作为泵浦光和探测光。而专利ZL 201210194790.2更是采用2个泵浦光源和1个探测光源，共3个光源进行实现。两光源及多光源方案需要引入多于一个光源，给系统引入附加成本。对于每个光源都需要进行稳频控制，增加系统复杂度。此外，由于需要对泵浦光源和控制光源进行频率差锁定，一旦频率差受环境影响发生漂移，则需要通过负反馈电路进行重锁，这给系统引入环境不稳定性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种基于单光源调制的分布式光纤应变和温度解调系统。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，这种基于单光源调制的分布式光纤应变和温度解调系统，主要包括光源、耦合器、第一调制器、放大器、扰偏器、环形器、信源、第二调制器、探测器、采集器和中控；其中：

所述的光源，输出窄线宽连续光，包含一个光输出端；

所述的耦合器将光源输出的光信号分成两路，包含一个光输入端和两个光输出端，所述的光源的光输出端与耦合器的光输入端相连接；

所述的第一调制器，对输入光进行强度调制，包含一个光输入端、一个光输出端、一个电输入端，耦合器的一个光输出端与第一调制器的光输入端连接，所述的第一调制器的光输出端与放大器的光输入端连接；

所述的第二调制器，对输入光进行频率移动，包含一个光输入端、一个光输出端、一个电输入端，第二调制器的光输入端与所述耦合器的另一路光输出端相连；

所述的放大器，为第一调制器输出的脉冲序列进行功率提升，包含一个光输入端和一个光输出端，放大器的光输入端与第一调制器的光输出端相连，所述的放大器的光输出端与扰偏器的光输入端相连；

所述的扰偏器，为放大器输出的脉冲序列进行偏振扰动，包含一个光输入端和一个光输出端，扰偏器的光输入端与所述的放大器的光输出端相连；

所述的环形器，提供光定向互连；包含第一光端口、第二光端口、第三光端口共计三个光端口，所述的扰偏器光输出端与环形器的第一光端口连接；所述的环形器的第二光端口作为泵浦光输出，与被测光纤连接；

所述的滤波器，将第二调制器输出的边带光进行滤波，滤出所需边带，包含一个光输入端和一个光输出端；滤波器的光输入端与第二调制器的光输出端相连，滤波器的光输出端作为探测光输出，与被测光纤连接；

所述的探测器，接收所述的环形器第三光端口返回的光信号，并进行光电转换，包含一个光输入端、一个电输出端，探测器的光输入端与所述的环形器的第三光端口相连；

所述的采集器，对于探测器接收的电信号进行模数转换，包含一个电输出端、一个电输入端和一个控制口，采集器电输入端与所述探测器的电输出端相连；