[发明专利]一种全分布式光纤温度及应力的传感方法与传感系统

权利要求书

1.一种全分布式光纤温度及应力传感系统，包括第一耦合器和与所述第一耦合器的输入端连接的激光发射装置，所述第一耦合器的两个输出端分别与第一光路和第二偏振控制器的输入端连接，其特征在于：还包括第一输入端与所述第一光路的输出端连接的第二耦合器，所述第二耦合器的输出端与拉曼波分复用器连接，且所述第二耦合器的第二输出端和所述第二偏振控制器的输出端分别与第三耦合器的二输入端连接，所述第三耦合器的二输出端均与平衡光电检测器的输入端连接，所述拉曼波分复用器与传感光纤连接的同时，其反斯托克斯光端口和斯托克斯光端口分别与雪崩二极管的二输入端连接，所述雪崩二极管和所述平衡光电检测器均用于将光信号转换成电信号，且其输出端均与数据采集器的输入端连接以将电信号传至所述数据采集器，所述数据采集器与计算机连接；所述第一光路包括输入端与所述第一耦合器连接的光电调制器、输入端与所述光电调制器的输出端连接的第一偏振控制器、输入端与所述第一偏振控制器的输出端连接的掺饵光纤放大器和输入端与所述掺饵光纤放大器的输出端连接的自发辐射滤波器，所述自发辐射滤波器的输出端即为所述第一光路的输出端，所述激光发射装置包括用于产生激光脉冲的激光器、与所述激光器的输出端连接的单边带调制器和与所述单边带调制器和所述计算机连接的微波综合器，所述计算机用于控制所述微波综合器来驱动所述单边带调制器，进而调制所述单边带调制器中激光脉冲，所述光电调制器与所述计算机之间通过脉冲调制器连接，所述计算机用于控制所述脉冲调制器来驱动所述光电调制器，使所述光电调制器输出高功率脉冲或者低功率脉冲。

2.如权利要求1所述的全分布式光纤温度及应力传感系统，其特征在于：所述激光器为线宽小于或者等于10MHz的窄线宽激光器。

3.如权利要求1所述的全分布式光纤温度及应力传感系统，其特征在于：所述拉曼波分复用器内设有能够增反增透且用于将散射光中的各波长成分提取出来的介质膜滤波片，所述反斯托克斯光端口具有两个，用于采集和传输中心波长为1450nm的反斯托克斯光；所述斯托克斯光端口具有三个，用于采集和传输中心波长为1663nm的斯托克斯光。

4.一种如权利要求1至3任一项所述的全分布式光纤温度及应力传感系统的传感方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，利用相干光时域光反射，对单根光纤上的应力进行全分布式测量：所述激光发射装置实施扫频，从所述第一耦合器的输入端进入的激光脉冲被所述第一耦合器分成两路，一路进入所述第一光路，被所述第一光路中的所述光电调制器调制成低功率脉冲，然后依次经过所述第一偏振控制器、所述掺饵光纤放大器、所述自发辐射滤波器、所述第二耦合器和所述拉曼波分复用器，进入所述传感光纤并在所述传感光纤中产生瑞利散射光，所述瑞利散射光经所述拉曼波分复用器传至所述第二耦合器，再经所述第二耦合器的第二输出端和所述第三耦合器的第一输入端进入所述第三耦合器，另一路为参考光，通过所述第二偏振控制器和所述第三耦合器的第二输入端进入所述第三耦合器，所述参考光和所述瑞利散射光在所述第三耦合器中混合后被所述第三耦合器的二输出端传至所述平衡光电检测器并被所述平衡光电检测器转换成电信号，然后所述平衡光电检测器将电信号传入所述数据采集器，由所述数据采集器传入所述计算机；

步骤2，重复步骤1的动作一次；

步骤3，步骤2过程中，所述传感光纤有应力变化时，步骤2中的所述瑞利散射光的功率谱会和步骤1中的所述瑞利散射光的功率谱不同，所述计算机通过解调二所述功率谱，获得瑞利散射光的频移量信息，然后利用相干光时域光反射方法对应力进行全分布式的监测；

步骤4，利用拉曼时域光反射，对单根光纤上的温度进行全分布式测量：所述激光发射装置停止扫频，从所述第一耦合器的输入端进入的激光脉冲被所述第一耦合器分成两路，一路进入所述第一光路，被所述第一光路中的所述光电调制器调制成高功率脉冲，然后依次经过所述第一偏振控制器、所述掺饵光纤放大器、所述自发辐射滤波器、所述第二耦合器和所述拉曼波分复用器进入所述传感光纤并在所述传感光纤中产生拉曼散射光，所述拉曼散射光经所述拉曼波分复用器，被所述拉曼波分复用器的反斯托克斯光端口和斯托克斯光端口传至所述雪崩二极管，所述雪崩二极管将接收拉曼散射光的光转换成电信号，然后所述雪崩二极管将电信号传入所述数据采集器，由所述数据采集器传入所述计算机，另一路因所述平衡光电检测器被关闭而被阻断；

步骤5，当所述传感光纤有温度变化时，所述拉曼波分复用器中的反斯托克斯光的光强会随温度的变化而发生变化，从而导致斯托克斯光和反斯托克斯光的光强比发生变化，所述雪崩二极管转换出来的电信号会相应的发生变化，通过所述计算机解调出光强比信息便可获得当前温度的值。