[发明专利]一种分布式光纤振动和温度双物理量传感定位系统

说明书

本发明公开了一种分布式光纤振动和温度双物理量传感定位系统，是基于双Mach‑Zehnder干涉和Raman背向散射，该系统包括光源、光环形器、波分复用器WDM、光电探测器、光纤耦合器、传感光缆、数据采集卡、光隔离器和计算机；其中，光源使用了两个不同波长的激光器、采用波分复用技术，利用Mach‑Zehnder干涉仪中的一个传感臂上实现温度传感，同时与用于震动传感的光信号互不影响，最终在最少两条传感光纤中实现振动和温度两个物理量的传感和定位，并且该方法能有效的减少对光纤链路中传感光纤的占用。相比分别利用两种技术去探测振动信号和温度信号，本方法有效节约了光纤资源，并且可以实现不间断的实时传感。

技术领域

本发明属于传感及检测技术领域，特别涉及一种基于干涉和拉曼散射的分布式光纤振动和温度双物理量传感定位系统。

背景技术

随着社会的不断发展，油库、发电厂、输油管道等重要场所和设施的安全检测显得尤为重要。其中，分布式光纤传感具有不带电、耐高压、耐腐蚀、抗电磁干扰等诸多特性，日益成为安全检测领域的重要手段和方法。其中，人们对于振动感知和温度变化这两项物理量的监测显得尤为重要，比如振动检测可以用来实现入侵检测，温度感知可以用来进行火灾或者设备故障预防。而要同时实现这两者的监测的方法很少，并且还不成熟，如OFDR，还无法实现工程化的实际应用。

目前光纤网络铺设较为完善，当利用固有网络来集成光纤传感系统，更少的占用光纤资源就变得尤为重要。因此实现更多物理量感知相融合的分布式光纤传感系统，可以更高效的用于工程化，从而更广泛的应用于全社会。

发明内容

本发明目的是解决现有分布式光纤传感系统传感知物理量单一，为更好的实现工程化应用，更少的占用光纤链路资源，提供了一种基于双Mach-Zehnder干涉和Raman背向散射的分布式光纤振动和温度双物理量传感定位系统。利用双波长光源和波分复用技术，使干涉光和散射光互不干扰，从而有效的实现振动和温度的双物理量同时感知。

为了解决上述技术问题，本发明提出的一种分布式光纤振动和温度双物理量传感定位系统是基于双Mach-Zehnder干涉和Raman背向散射，该系统包括：光源、光环形器、波分复用器WDM、光电探测器、光纤耦合器、传感光缆、数据采集卡、光隔离器和计算机；其中：光源是包括一个光源为中心波长在1310nm附近的窄带连续光激光器，用于实现光纤振动传感，另一个光源为中心波长在1550nm附近的脉冲激光器；光环形器用来将光源发出的光传输到待检测物体并收集反射信号光，并且隔绝对向光进入到激光器；波分复用器WDM用于过滤出背向拉曼散射光，包括1450nm附近的斯托克斯散射光和1660nm附近的反斯托克斯散射光并传送给两个雪崩光电探测器，同时保证1310nm和1550nm的光波不受影响的通过；光电探测器包括两个铟砷化镓的光电探测器和两个雪崩光电探测器，两个铟砷化镓的光电探测器用来接收1310nm波长的正反两个方向的干涉光，两个雪崩光电探测器，用来接受1550nm波长的脉冲光在传感光纤中产生的在1450nm附近和1660nm附近的拉曼背向散射光；光纤耦合器包括窗口中心波长在1300nm的50:50的光纤耦合器，用于1:2分光，以及窗口中心波长在1300/1550nm双窗口的1:99的光纤耦合器，用于合并两个波长的连续光和脉冲光，并且保证对向的连续光能够在低损耗的情况话返回入射端与另一路连续光干涉；传感光缆采用G.652D通信光缆，用于干涉外界扰动和温度场信息及传导光信号；数据采集卡包括两路10MSPS和两路100MSPS并且带硬件累加功能的采集卡，实现对四个光电探测器的电压信号进行采集，并送入计算机处理；光隔离器用于保证光的单项通行性，保证激光器不受损伤；计算机用于实现对数据采集卡送入的采集信号的处理，以实现振动信号和温度信号的解调和显示。

进一步讲，本发明中，光源和波分复用器WDM构成了互不干扰的双波长探测装置，为任意波长光源和光滤波器的组合。