[发明专利]一种基于混沌调制的布里渊光时域反射应变检测装置

说明书

本发明一种基于混沌调制的布里渊光时域反射应变检测装置，属于分布式光纤传感领域；所要解决的技术问题是提供了一种基于混沌调制的布里渊光时域反射应变检测装置；解决该技术问题采用的技术方案为：本装置将混沌激光分为参考光和探测光两部分，探测光经过光调制器调制成混沌脉冲光，放大滤波后经过光环行器进入待测光纤；参考光经过扰偏器后通过耦合器分成两路，一路与自发布里渊散射信号进行拍频，得到传感光纤布里渊频移变化，实现应变检测，另一路与自发布里渊散射信号进行相关处理，获得光纤沿线应变的位置信息，利用FPGA模块上实现应变解调和相关处理，对应变进行实时监测；本发明可应用于大型结构、地下管线安全监测领域。

技术领域

本发明一种基于混沌调制的布里渊光时域反射应变检测装置，属于分布式光纤传感技术领域。

背景技术

光纤传感具有抗电磁干扰、耐腐蚀、适合长距离传输等特点，因而广泛应用于大型结构的健康监测、地下管线的安全监测等长距离、大规模、恶劣环境下的安全监测。

布里渊光时域反射技术检测应变，是根据光纤中自发布里渊散射信号的频移受应变影响的原理，通过测量该频移量来检测应变的。传感光纤中布里渊频移与应变的关系如下式所示：

式中，为布里渊频移，为应变，为室温，为初始应变，为应变改变量，为布里渊频移变化的应变系数，当波长为1550nm的入射光入射普通单模石英光纤时，约为。由上式可看出，恒温条件下布里渊频移与应变呈线性关系。因此，只需确定光纤轴向沿线分布的布里渊频移即可检测出对应位置的应变量。

但是，由于光纤中声学声子的弛豫时间为10ns，脉冲宽度小于10ns时，会使布里渊散射谱展宽，进而导致测量误差增大。因而利用脉冲光作为探测信号的布里渊光时域反射技术，理论上空间分辨率最高为1米。此外，长距离监测时入射光脉冲衰减导致自发布里渊散射信号微弱，造成测量距离受限、传输数据量过大、处理时间较长、实时监测比较困难，因而有必要对散射信号进行放大并提高装置的实时性。

发明内容

本发明一种基于混沌调制的布里渊光时域反射应变检测装置，克服了现有技术存在的不足，通过混沌激光相关原理实现高空间分辨率，利用背向拉曼放大效应放大混沌布里渊散射信号以增加装置测量距离，并采用现场可编程门阵列（Field-Programmable GateArray，FPGA）模块进行信号处理，实现应变的实时监测。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于混沌调制的布里渊光时域反射应变检测装置，包括混沌激光源、第一光纤耦合器、光调制模块、第一光放大器、第一密集型波分复用器、第一光环行器、扰偏器、第二光纤耦合器、第二光放大器、第二密集型波分复用器、第三光纤耦合器、第一光电探测器、第二光电探测器、拉曼泵浦激光器、波分复用器、传感光纤和信息处理电路；

混沌激光源输出混沌激光信号进入第一光纤耦合器后分为两路，第一光纤耦合器输出的第一路光作为探测光，依次经过光调制模块、第一光放大器、第一密集型波分复用器和第一光环行器后入射到传感光纤，产生混沌布里渊散射光信号，再进入波分复用器，拉曼泵浦激光器发出拉曼泵浦光，经过波分复用器、传感光纤、第一光环行器、第二光放大器和第二密集型波分复用器后进入第三光纤耦合器中；