[发明专利]一种基于超连续谱布里渊光时域分析器的传感装置及方法

权利要求书

1.一种基于超连续谱布里渊光时域分析器的传感装置，其特征在于：包括超连续谱光源（1）、第一可调谐光滤波器（2）、1×2第一光纤耦合器（3）、第一偏振控制器（4）、微波信号源（5）、第一高速电光调制器（6）、第一光放大器（7）、光扰偏器（8）、光隔离器（9）、传感光纤（10）、第二偏振控制器（11）、第二高速电光调制器（12）、脉冲发生器（13）、1×2第二光纤耦合器（14）、第二光放大器（15）、光环行器（16）、第三光放大器（17）、1×2第三光纤耦合器（18）、第二可调谐光滤波器（19）、第三可调谐光滤波器（20）、第一光电探测器（21）、第二光电探测器（22）、第三光电探测器（23）、数据采集卡（24）、计算机（25）；

其中，超连续谱光源（1）的出射端与第一可调谐光滤波器（2）的入射端连接；第一可调谐光滤波器（2）的出射端通过单模光纤跳线与1×2第一光纤耦合器（3）的入射端连接；

1×2第一光纤耦合器（3）的第一个出射端通过单模光纤跳线与第一偏振控制器（4）的入射端相连接，第一偏振控制器（4）的出射端与第一高速电光调制器（6）的入射端连接；第一高速电光调制器（6）的出射端通过单模光纤跳线与第一光放大器（7）的入射端连接；微波信号源（5）的信号输出端通过高频同轴电缆与第一高速电光调制器（6）的射频输入端连接；第一光放大器（7）的入射端通过单模光纤跳线与光扰偏器（8）入射端连接；光扰偏器（8）的出射端通过单模光纤跳线与光隔离器（9）的入射端连接；光隔离器（9）的出射端通过单模光纤跳线与传感光纤（10）的入射端连接；传感光纤（10）的出射端通过单模光纤跳线与光环行器（16）的反射端连接；

1×2第一光纤耦合器（3）的第二个出射端通过单模光纤跳线与第二偏振控制器（11）的入射端连接；第二偏振控制器（11）的出射端通过单模光纤跳线与第二高速电光调制器（12）的入射端连接；第二高速电光调制器（12）的出射端通过单模光纤跳线与1×2第二光纤耦合器（14）的入射端连接；脉冲发生器（13）的信号输出端通过高频同轴电缆与第二高速电光调制器（12）的射频输入端连接；

1×2第二光纤耦合器（14）的第一个出射端通过单模光纤跳线与第二光放大器（15）的入射端连接；第二光放大器（15）的出射端通过单模光纤跳线与光环行器（16）的入射端连接； 光环行器（16）的出射端通过单模光纤跳线与第三光放大器（17）的入射端连接；第三光放大器（17）的出射端与1×2第三光纤耦合器（18）入射端连接；

1×2第三光纤耦合器（18）第一个出射端与第二可调谐光滤波器（19）的入射端连接；第二可调谐光滤波器（19）出射端通过单模光纤跳线与第二光电探测器（22）的入射端连接；第二光电探测器（22）的出射端通过单模光纤跳线与数据采集卡（24）第一信号输入端连接；

1×2第三光纤耦合器（18）第二个出射端与第三可调谐光滤波器（20）的入射端连接；第三可调谐光滤波器（20）出射端通过单模光纤跳线与第三光电探测器（23）的入射端连接；第三光电探测器（23）的出射端通过单模光纤跳线与数据采集卡（24）第二信号输入端连接；

1×2第二光纤耦合器（14）的第二个出射端通过一根单模光纤跳线与第一光电探测器（21）的入射端连接；第一光电探测器（21）的出射端通过单模光纤跳线与数据采集卡（24）第三信号输入端连接；数据采集卡（24）的信号输出端与计算机（25）的信号输入端连接。

2.一种基于超连续谱布里渊光时域分析器的传感方法，该方法在如权利要求1所述的一种基于超连续谱布里渊光时域分析器的传感装置中实现，其特征在于：该方法是采用如下步骤实现：

超连续谱光源（1）发出的激光信号通过第一可调谐光滤波器（2）选择合适带宽的光谱，然后第一可调谐光滤波器（2）经1×2第一光纤耦合器（3）分为两路：第一路超连续谱光信号作为探测光信号，第二路超连续谱光信号作为泵浦光信号；探测光信号首先经过第一偏振控制器（4）选择合适的光偏振态，激光经过第一高速电光调制器（6），并被微波信号源（5）输出的正弦信号调制，使得探测光边带信号的频移接近于布里渊频移，然后依次经第一光放大器（7）、光扰偏器（8）、光隔离器（9）进行放大、扰偏、隔离后进入传感光纤（10）；泵浦光信号先经过第二偏振控制器（11）选择合适的光偏振态，光信号再经过高速电光调制器（12），并被脉冲发生器（13）输出的脉冲信号调制，然后经1×2第二光纤耦合器（14）、第二光放大器（15）、光环行器（16）分束、放大、环行后进入传感光纤（10）；

经脉冲调制后的泵浦光被1×2第二光纤耦合器（14）分束后，一束作为泵浦光进入传感光纤（10），正如步骤1所述，另一束作为参考光经第一光电探测器（21）转换为电信号，再经数据采集卡（24）采集后，输入到计算机（25）中；

探测光边带信号和被脉冲调制的泵浦光信号在传感光纤（10）中的某一位置处相遇，通过调节探测光边带信号的频率，使探测光频率偏移接近布里渊频移，当光纤发生受激布里渊散射时，探测光边带信号就会被放大；当频率正好等于布里渊频移量时，探测光功率幅值信号最大；光纤发生受激布里渊散射时，泵浦光还会产生后向的瑞利散射光信号；当后向瑞利散射的泵浦光从光环行器（16）的出射端输出后，通过泵浦光后向瑞利散射信号与参考信号之间的相关函数计算及傅里叶变换，就可以确定出光纤温度或应变的位置信号；在泵浦光、放大探测光边带信号从光环行器（16）的出射端输出后，再经第三光放大器（17）放大信号、进入1×2第三光纤耦合器（18）分成两路，一路经第二可调谐光滤波器（19）滤出后向的瑞利散射光信号；经第二可调谐光滤波器（19）滤出的后向瑞利散射泵浦光再次由第二光电探测器（22）转换为电信号输入到数据采集卡（24）中，另一路经第三可调谐光滤波器（20）滤出的探测光边带信号由第三光电探测器（23）转换为电信号输入到数据采集卡（24）中；将采集到的数据输入到计算机（25）中，通过计算探测光边带信号与参考信号，获得传感光纤（10）上不同位置的应变和温度信息；并且通过计算探测光边带信号的频率与调制频率之间的关系可以确定光纤的布里渊增益谱，获得传感光纤（10）上不同位置的应变和温度信息。