[发明专利]基于布里渊散射的光电分布式测量装置

说明书

本发明涉及用于数字地处理由基于布里渊散射的光电分布式测量装置生成的信号的方法，所述装置包括：连续波光源(1)；耦合器(2)；声光调制器(3)；待测试的光纤(5)，使得光纤作为响应通过自发的布里渊反向散射发射频率νF等于νp‑νBz的信号，其中，νBz是在所述光纤(5)的每个点z处待测量的布里渊频率；本地振荡器(16)，发射旨在与由待测试的所述光纤(5)通过布里渊反向散射发射的所述响应信号混合的另一个光信号；检测模块(9)，能够检测所述光纤的每个点z处的所述布里渊频移νBz；以及处理模块，允许该布里渊频移νBz在所述光纤的每个点z处与温度值或变形值关联。本地振荡器(16)包括参考光纤(18)，该参考光纤具有与待测试的光纤(5)的布里渊频率相同或接近的布里渊频率，所述参考光纤(18)响应于由所述光源(1)发射的连续波光信号而通过自发的布里渊反向散射发射信号，所述布里渊反向散射信号以频率νOL＝νΟ‑ν_BRef发射，其中，νBRef是没有变形且处于参考温度的参考光纤的布里渊频率。根据本发明，通过应用矩形、或Hamming或Hann、或Blackman‑Harris、移动窗，将对应于由待测试的光纤(5)生成的反向散射信号与由参考光纤(18)生成的反向散射信号之间的差拍的信号数字化并且将数字化的信号切成多个片段，每个片段的宽度等于注入到待测试的光纤(5)中的脉冲信号的半脉冲的时间宽度，该宽度以对应于待测试的所述光纤(5)的坐标点z的时间t为中心。

技术领域

本发明涉及基于光纤中的布里渊散射使用单个激光频率生成光脉冲的光电分布式测量装置。这种类型的装置还称为基于布里渊反向散射的分布式光纤传感器。

这种装置用于在土木工程或石油工业中永久控制系统和结构的完整性和安全性。具体地，它们用于监测线性工件，诸如，桥梁、水坝、液压土堤或者用于运输流体(水、碳氢化合物、气体)的网络，以便控制地面运动(滑动、下沉)或者埋设管或非埋设管的应变。光纤沿着待监测的工件布置并且光信号注入到所述光纤中。然后通过光纤反向散射的光信号允许推断该工件的结构状态。

背景技术

更具体地，基于布里渊散射的这些光电分布式测量装置用于实时测量大型基础设施的温度或应变以便监测它们的结构健康并确保它们的维护。它们利用每次测量提供在连接至它们的光纤的每个点处的温度和应变信息。这些测量通常在几米至几十千米的范围以及米制甚至厘米制的分辨率执行。因此，例如，可以在长度为20千米的工件上每一米执行一次测量。

使用布里渊反向散射现象的这种装置是已知的并且该装置用于土木工程中的温度和应变测量应用。

布里渊频率ν_B线性地依赖于材料中的温度和应变。因此入射波与反向散射波之间的频移Δν_B根据等式：Δν_B＝C_TΔT+C_εε随着温度变化ΔT和应变变化ε而变化，其中，C_T和C_ε分别是特定于所使用的光纤的温度和应变灵敏系数。在波长λ0＝1550nm并且针对如ITU-G652标准(诸如，-SMF-28^TM光纤)定义的标准光纤，该系数处于约C_T≈1MHz/℃和C_ε≈0.05MHz/με。

为了能够利用米制空间分辨率分析数十千米内的强度变化，测量系统通常使用光时域反射仪OTDR(“光时域反射仪”的英语缩写)。OTDR在于在待分析的光纤中传播光脉冲并且测量作为时间函数的返回强度。检测反向散射的光所需要的时间允许定位待测量的事件(沿着光纤的点z的坐标)。然后空间分辨率是光脉冲的宽度的函数：例如，宽度为10ns的脉冲导致约1m的分辨率。

由于布里渊反向散射现象与OTDR技术组合，因此在几十千米内沿着整个光纤以米制甚至厘米制的分辨率执行温度和应变测量。