[发明专利]一种布里渊可调移频器结构的单端布里渊分布式传感系统及传感方法

说明书

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，具体是一种布里渊可调移频器结构的单端布里渊分布式传感系统及传感方法。

背景技术

光纤布里渊光时域分析技术（BOTDA）是一种基于受激布里渊散射（SBS）效应的分布式光纤传感技术，传统的基于布里渊散射效应的光纤传感器需要将一束泵浦光（脉冲光）和一束探测光（连续光）分别注入光纤两端，当这两束光的频率差在布里渊增益范围内时，两束光之间发生受激布里渊作用产生能量转移，当泵浦光和探测光的频率差等于布里渊频移时能量转移最大，利用BOTDA技术以及布里渊频移量与温度/应变的线性关系，便可实现温度和应变的分布式测量。

BOTDA系统的显著优势是散射信号强，易提取，降低了信号提取的难度，同时可实现长距离传感，传感测量精度高,在管道、水坝、轨道、桥梁、建筑物等结构的健康监测中有广泛的应用。

传统的BOTDA系统中需要在光线的两端注入光源，因此系统的有效传感距离只有标称传感距离的一半，同时两端注入光源在实际的测量中使用并不方便，此外，传统BOTDA技术需要对本振光和探测光的频率差进行扫频，为此需要高频微波信号源和高消光比的电光移频器对本振光或者探测光进行移频，以便实现布里渊增益谱的扫频测量，极大的增加了系统的成本。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，而提供一种布里渊可调移频器结构的单端布里渊分布式传感系统及传感方法。这种系统的优点是成本低、能实现长距离动态应变的监测。这种传感方法的优点是，单端结构可以实现BOTDA中测量距离即为有效测量距离，使用这种系统与增益型BOTDA系统相比，具有有效测量距离更远的优势。

实现本发明目的的技术方案是：

一种布里渊可调移频器结构的单端布里渊分布式传感系统，包括

窄线宽激光器、第一光耦合器、掺铒光纤放大器、 第二光耦合器、第二光环形器；

信号处理单元，所述信号处理单元包括顺序连接的光电探测器和数据采集处理模块；

单端结构单元，所述单端结构单元包括连接在一起的传感光纤和FC/PC光连接器；

脉冲调制单元，所述脉冲调制单元设有脉冲调制器，脉冲调制器把移频后的连续光调制成脉冲泵浦光；

可调移频单元，所述可调移频单元包括第一光环行器、第三光耦合器、光隔离器、偏振控制器、压电陶瓷和缠绕在压电陶瓷上的一段单模光纤，其中，第一光环行器的b端口与缠绕在压电陶瓷上的单模光纤连接，压电陶瓷外接调制电压，压电陶瓷上单模光纤的另一端与偏振控制器连接，偏振控制器另一端与光隔离器连接，光隔离器与第三光耦合器的下路出射端连接，第三光耦合器的入射端与第一光环行器的c端口连接，刚好构成环形谐振腔，缠绕在压电陶瓷上的一段单模光纤的固有布里渊频移与传感光纤的固有布里渊频移相差一个布里渊增益带宽，约30MHz左右；

连接方式：窄线宽激光器与第一光耦合器入射端连接，第一光耦合器出射端上路与第二光耦合器入射端上路连接，第一光耦合器出射端下路与掺铒光纤放大器连接，掺铒光纤放大器另一端与可调移频单元连接，可调移频单元与脉冲调制单元连接，脉冲调制单元与第二光耦合器入射端下路连接，第二光耦合器出射端与 第二光环行器的a端连接，第二光环行器的b端与单端结构单元连接，第二光环行器的c端与信号处理单元连接。

传播方式：窄线宽激光器发出连续探测光经过第一光耦合器分为上下两路连续光，上路为连续探测光，下路连续光经过掺铒光纤放大器放大之后，进入可调移频单元变成布里渊频移的斯托克斯光，该光进入脉冲调制单元调制成脉冲泵浦光，上路为连续探测光与下路脉冲泵浦光进入第二光耦合器，再进入第二光环型器最后进入单端结构单元发生SBS效应（损耗型）产生布里渊背向散射光，该光经过第二光环型器进入信号处理单元。

所述可调移频单元由其组成器件第一光环形器、第三光耦合器、光隔离器、偏振控制器、压电陶瓷和缠绕在压电陶瓷上的一段单模光纤构成环形震荡腔。

所述压电陶瓷通过调制电压调制控制缠绕在压电陶瓷上的一段单模光纤的布里渊散射频移量。

所述传感光纤为普通单模光纤。

所述光隔离器的作用是防止产生高阶的斯托克斯光。