[发明专利]一种基于非对称双芯光纤的多参量分布测量系统

权利要求书

1.一种基于非对称双芯光纤的多参量分布式测量系统，其特征在于：包括宽带光源(1)、脉冲调制器(2)、第一耦合器(3)、双芯光纤耦合器(4)、双芯光纤(5)、第一环形器(7)、第二环形器(8)、第二耦合器(9)、光纤延迟线(10)、第一陷波滤波片(11)、第二陷波滤波片(12)、第一光电二极管(13)、第二光电二极管(14)、第三光电二极管(15)、信息采集单元(16)与计算机(17)，所述双芯光纤(5)包括轴上芯(501)与表层芯(502)，所述轴上芯(501)与表层芯(502)上分别设有弱光栅阵列(6)，

所述宽带光源(1)连接于脉冲调制器(2)，所述脉冲调制器(2)连接于第一耦合器(3)的第一耦合器输入端(301)，

所述第一耦合器(3)的第一耦合器第一输出端(302)连接于第一环形器(7)的第一环形器第一端口(701)，所述第一环形器(7)的第一环形器第二端口(702)连接于双芯光纤耦合器(4)的双芯光纤耦合器第一输入端(401)，所述双芯光纤耦合器(4)的双芯光纤耦合器第一输出端(403)耦合于双芯光纤(5)的轴上芯(501)中，所述双芯光纤耦合器(4)的双芯光纤耦合器第二输出端(404)耦合于双芯光纤(5)的表层芯(502)中，

所述第一环形器(7)的第一环形器第三端口(703)连接于第二耦合器(9)的第二耦合器第一输入端(901)，所述第二耦合器(9)的第二耦合器第一输出端(902)通过第一光电二极管(13)连接于信息采集单元(16)的信息采集单元第一端口(1601)，所述第二耦合器(9)的第二耦合器第二输出端(903)通过第一陷波滤波片(11)与第二光电二极管(14)连接于信息采集单元(16)的信息采集单元第二端口(1602)，

所述第一耦合器(3)的第一耦合器第二输出端(303)连接于第二环形器(8)的第二环形器第一端口(801)，所述第二环形器(8)的第二环形器第二端口(802)连接于双芯光纤耦合器(4)的双芯光纤耦合器第二输入端(402)，所述第二环形器(8)的第二环形器第三端口(803)通过光纤延迟线(10)、第二陷波滤波片(12)与第三光电二极管(15)连接于信息采集单元(16)的信息采集单元第三端口(1603)，

所述信息采集单元(16)连接于计算机(17)，所述计算机(17)连接于脉冲调制器(2)；所述双芯光纤(5)为传输型双芯片光纤，所述轴上芯(501)与表层芯(502)对压力和温度的敏感系数不同，所述轴上芯(501)与表层芯(502)之间不存在耦合效应；所述弱光栅阵列(6)为全同弱光纤光栅，采用同一掩膜板制作，中心波长一致；

所述基于非对称双芯光纤的多参量分布式测量系统的测量方法，包括以下步骤：

步骤一、设置脉冲调制器的脉冲间距τ要求大于一次脉冲在双芯光纤传输的时间，即：

τ＞2nL/c

其中n为双芯光纤的纤芯折射率，L为双芯光纤的长度，c为光速；

步骤二、利用第一光栅电信号中的脉冲信号可以计算出弱光纤光栅(wFBG)的位置为：

d＝(t-t₀)c/2n

其中t为接收到参考电信号中对应脉冲信号的时间，t₀为计算机( 17) 发给脉冲调制器的方波驱动信号的发送时间，通过公式可以得到时间与弱光栅距离的关系曲线，即时间与光纤长度的关系曲线，从而可以对弱光栅阵列中的每一个光栅进行定位；

步骤三、当脉冲进入双芯光纤后，每经过一个点都会有一定强度的瑞利散射光反射回来，所以光探测器所接收到的瑞利散射信号是连续且变化的，某一时刻接收到的光强与双芯光纤上某位置的应力与温度相关联；

步骤四、通过联立第一瑞利电信号I₁₂和第二电信号I₂的矩阵求解：

其中，分别为双芯光纤的轴上芯和表层芯的温度敏感系数，分别为双芯光纤的轴上芯和表层芯的应变敏感系数，通过公式可以得到温度与时间的关系曲线、应变与时间的关系曲线；

步骤五、将获得的时间与光纤长度的关系曲线、温度与时间的关系曲线与应变与时间的关系曲线相结合，即可得到温度和应变在空间域上分别的分布情况。