[发明专利]用于布里渊传感的多通道并行微波扫频装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种并行微波扫频装置及方法，尤其是涉及了一种用于布里渊传感的并行微波扫频装置及信号拼接方法。

背景技术

基于布里渊散射原理的光纤传感技术是一种新型和前沿的分布式光纤传感技术，该技术相比于传统的传感技术具有传感距离长、空间分辨率和测量精度高、抗电磁干扰、防水、抗高压、耐腐蚀、可实现分布式检测等优点，并且可进行温度和应变的同时测量，在大型工程建设、石油和天然气管道监测和边境安全监测等领域发挥着重要作用，因此成为了国内外光纤传感领域的研究热点。目前用于光纤传感技术的原理主要包括：瑞利散射、拉曼散射和布里渊散射；基于瑞利散射的光纤传感技术只能测量光纤的损耗和断点，不能测量温度和应变等物理量；基于拉曼散射原理的光纤传感，虽然可以测量温度变化，但拉曼散射的光信号相对较弱，而且只对温度敏感，难以用于需要应力检测的场合；而基于布里渊散射的光纤传感技术对温度和应变都敏感，温度和应变都会引起布里渊散射的频移，可同时检测温度和应变。传统的布里渊传感信号检测方法是采用单一扫频模块的扫频法，此方法虽然可以获得完整连续的布里渊散射频谱，但是，受到扫频模块工作原理的限制，获取完整布里渊散射频谱的时间比较长，不能满足现场应用的要求。

发明内容

针对背景技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于布里渊传感的并行微波扫频装置及方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

用于布里渊传感的并行微波扫频装置中采用的光源是DFB高稳定性激光光源，光源的输出接第一分束器一个输入端，第一分束器的两个输出端分别接斩波电路输入端和第二分束器输入端；斩波电路输出端通过第一掺铒光纤放大器接扰偏器输入端，扰偏器输出端接第一环形器输入端口，第一环形器的一个输出口接传感光纤；第一环形器的另一个输出端口接第二环形器的输入端口，第二环形器的一个输出端口接光纤光栅滤波器，第二环形器的另一个输出端口接第二掺铒光纤放大器输入端；第二掺铒光纤放大器输出端接第三分束器的一个输入端，第三分束器的另一输入端与第二分束器的一个输出端相连接，第三分束器的输出端和光电探测器输入端相连，光电探测器输出端接高通滤波器输入端，高通滤波器输出端与低噪声放大电路输入端连接；多通道并行微波扫频模块输入端与连低噪声放大电路输出端连接，多通道并行微波扫频模块输出端与多通道数据采集卡输入端相连，多通道数据采集卡输出端与计算机相连。

利用上述装置进行微波扫频的方法如下：DFB高稳定性激光器提供连续稳定的泵浦光源，用分束器1将激光器提供的光源按照1:9的比例分开，其中10％的光经由斩波电路被转换成具有一定频率的脉冲光，该脉冲光再经掺铒光纤放大器EDFA1放大后送给扰偏器，扰偏器用来减少被放大后的脉冲光中由于偏振引起的损耗，环形器1除了用来提供传感光纤的入射端口1，和传感光纤的反射入口2外，还提供了传感光纤反射光的出口3；环形器2入射端口1将传感光纤的反射信号经端口2送到光纤光栅滤波器中，经过光纤光栅滤波器后，反射信号中的拉曼散射和瑞利散射等无用信号被滤除，只留下布里渊散射信号经环形器2的端口2进入环形器2，再由环形器2的端口3送入掺铒光纤放大器EDFA2中，放大后的信号和由分束器2分出的信号在分束器3处汇合并发生干涉，发生干涉之后的信号被光电探测器检测到，高通滤波器将光电探测器的输出信号进行滤波后传送给低噪声放大电路进行放大；被放大后的信号被同时传输给多个并行工作的微波扫频模块，每一扫频模块的本振信号工作在不同频率并各自负责一个频率区间，完成对布里渊散射信号频谱不同分段的同时扫描。布里渊散射信号与参考信号拍频后经高速光电探测器转换成电信号，含有布里渊散射频谱信息的电信号同时送入微波扫频模块1～N，假定并行微波扫频模块需要扫描的频率范围为f_min～f_max，则每个模块的扫频宽度为W和第t扫频模块负责的扫频范围D如下式所示：

D＝[f_min+w·(t-1)]～[f_min+w·t] (t＝1,2,3...n)

最后数据被多通道数据采集卡采集并送入计算机机汇合，以实现对布里渊散射信号整个频谱的扫描。对于多通道并行微波扫频方法，其每一个通道上获取的是布里渊散射信号频谱的一个片段，需要将全部频谱片段进行拼接，才能得到完整的布里渊散射信号频谱，进而确定布里渊散射信号的中心频率，进一步实现温度和应变信息提取。