[实用新型]一种基于前向布里渊散射的光纤温度传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种光纤传感技术，尤指基于布里渊散射的光纤温度传感器。

背景技术

随着光网络的发展及光纤到户的实施，高精度温度及应变的传感仍具有重要的研究价值。自1964年首次观察到受激布里渊散射(Stimulated Brillouin Scatting,SBS)以来，SBS被广泛应用在激光器、光纤放大器、光纤通信网络、传感和快慢光等各方面。根据斯托克斯波的传输方向可将SBS分为后向受激布里渊散射(Backword SBS)和前向受激布里渊散射(Forward SBS)。前向受激布里渊散射也称声波导布里渊散射(Guided Acoustic-wave Brillouin scattering, GAWBS)。利用光纤布里渊散射做成的传感器与光纤传输系统兼容，可实现远距离实时测量与监控，无辐射干扰，电绝缘和抗电磁干扰性好，测量范围宽，具有高空间分辨率和高精度，目前研究热点主要集中在对温度和应变的传感上，或者对两者同时传感，但温度和应变同时测量时又存在交叉敏感问题。传统上的解决办法都是基于后向布里渊散射实现传感，主要有以下几种种：1，X.Bao 等提出的参考光纤法，并设计了双光纤传感器；2，Parker T R等采用的布里渊散射频移和布里渊/瑞利功率比同时测量的方法；3，Lee C C等采用的特殊光纤的双布里渊频移法。在这三种方法的基础上，Jeff Smith等实现了布里渊增益和频移同时检测实现温度和应变的同时传感；Huai H Kee等使用Landau–Placzek Ratio和级联Mach–Zehnder滤波器提升了传感性能；Lufan Zou等实现了光子晶体光纤中的双布里渊频移观测；Weiwen Zou等实现了在掺杂光纤中的双布里渊频移观测；另中国专利CN 104729751A公开的一种基于布里渊散射分布式光纤温度和应力传感器。但这些方法实现应变的传感主要应用的理论是建立在后向布里渊散射基础之上的，后向布里渊散射模式为经典布里渊散射，必会抑制在高速、高精度、长距离传感方面的需求；另外这些方案必须采用多根光纤或者特殊光纤来传导，其耗材大、器件繁复、不利于后续的光工艺及光集成。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提拱一种基于前向布里渊散射的温度传感器。

为达成上述目的，本实用新型一种基于前向布里渊散射的光纤温度传感器，泵浦源依次连接光隔离器、光放大器,并通过光耦合器与光纤连接，其中，所述的光纤为单模光纤，光耦合器连接斯托克斯源，单模光纤连接温度检测装置。

所述的温度检测装置光谱分析仪。

所述的单模光纤连接应变检测装置。

本实用新型提出了一种基于SBS前向散射对温度传感检测的传感器设计方案,利用声波导布里渊散射中不同声波模式对温度的敏感度不同,设计特定的泵浦光和斯托克斯光，使检测的频谱上呈现多峰放大现象，通过检测两种或两种以上声模对应的散射光频移,根据温度对声模特征频率的影响，区分出相应的温度，实现温度传感。该方法避免使用多根光纤和特殊光纤,易操作，简化了仪器对实验材料的要求。同时也解决了温度应变两参数同时测量时的交叉敏感问题, 有一定的传感精度。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图。

符号说明：

Pump为泵浦源,Stokes为斯托克斯源,ISO为光隔离器,EDFA为光放大器,Coupler为光耦合器，SMF-28为单模光纤,OSA为光谱分析仪。

具体实施方式

为详细说明本实用新型的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

请参阅图1，本实用新型一种基于前向布里渊散射的光纤温度传感器，泵浦源主要提供GAWBS过程中所需的能量，斯托克斯源作为信号源，SMF-28光纤处于待测量区域，光谱分析仪检测经过GAWBS后的信号变化

泵浦光和斯托克斯光同时耦合进单模光纤时，激起GAWBS。在此过程中不同声模对斯托克斯光起到不同的功率放大作用，对应从单模光纤中输出的信号光在光谱分析仪中显示出多峰特性。理想条件下，不同峰值对应的中心频率与泵浦光中心频率之差就是不同声模的特征频率。在非理想条件下，由于不同峰值所在频率对光纤温度的敏感度不同,其相对特征频率会发生频移，根据频移量求解出单模光纤处温度值，同样，也可根据频移量可求解出单模光纤处所受应变值，实现同时对温度和应变的检测。

本实用新型具体实施方案详细解释：