[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

说明书

所述装置包括超连续谱光源、三个可调谐光滤波器、三个1×2光纤耦合器、两个偏振控制器、两个高速电光调制器、微波信号源、三个光放大器、光扰偏器、光隔离器、传感光纤、光环行器、脉冲发生器、三个光电探测器、数据采集卡、计算机。本发明可以增强BOTDA的动态范围,增大光纤的测量距离和提高系统空间分辨率；而且本装置采用相向检测光信号，解决传统BOTDA单路信号，随着光纤距离的增加，功率会逐渐被损耗，探测距离受限的问题；本发明采用超连续谱光源，具有相对于可调谐激光器更宽的光谱范围。可以配合光滤波器产生波长可调和空间分辨率可变的可调谐激光。本发明采用超连续谱光源作为泵浦光源解决了窄带激光器有限的测量距离，增强了系统的稳定性。

技术领域

本发明应用于分布式光纤传感检测领域，具体为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，能够实现对温度或应变的高空间分辨率、长距离的连续测量。

背景技术

基于布里渊光时域分析（Brillouin Optical Time Domain Analysis，BOTDA）的分布式光纤温度与应变传感技术是近三十年来发展起来的一种新型传感技术，具有一次测量可获取沿整个光纤被测场分布信息、定位准确,可实现动态测量等，以及距离可达数十千米甚至几百千米等独特优点，在电力、石油和水利等行业大型工程结构健康状况在线监测具有广阔的应用前景。

由于基于瑞利散射和拉曼散射的研究已经趋于成熟,并逐步走向实用化。基于布里渊散射的分布传感技术的研究起步较晚,但它在温度、应变测量上达到的测量精度、测量范围以及空间分辨率均高于其他传感技术,因此这种技术目前得到广泛关注与研究。

布里渊散射光时域分析技术（BOTDA）是由 Horiguchi Tsuneo 在1989年首次提出，以受激布里渊的放大效应作为应变传感的机理（Journal of Lightwave Technology,1989, 7(8):1170-1176.）。Horiguchi 等研究人员最先在1.2km的单模光纤两端分别同时注入脉冲光和连续探测光，实现了100m的空间分辨率和3℃的温度分率（Applied Optics,1990, 29(15):2219-2222）。Bao Xiaoyi等在布里渊损耗型BOTDA系统的研究中获得重大进展（Opt Lett. 1993 Sep 15;18(18):1561.），采用32公里的传感长度，获得了1℃的温度分辨率和5米的空间分辨率。瑞士洛桑联邦理工学院的Thevenaz等人在2008年使用BOTDA系统在47km的传感长度上获得了7m的空间分辨率(IEEE Sensors Journal 8(7):1268 - 1272· August 2008)，电子科技大学饶云江在2010年等人实现了50km传感距离、50m空间分辨率的测量（物理学报, 2010, 59(8)），2012年哈尔滨工业大学董永康团队通过采用光脉宽有微小差别的脉冲对法，实现了2km的光纤传感，并使传感系统的空间分辨率达到2cm，温度测量精度达到2℃（Applied Optics, 2012, 51(9):1229）。目前国外的一些公司相继研制出商业化的BOTDA 温度/应变测量仪，例如：瑞士的 Smartec 和Omnisens公司生产的DiTSt系统，该系统的温度分辨率为 1℃、应变分辨率为 20με；加拿大 OZ 公司的Foresight系列的系统，在 50km 距离上达到10cm的空间分辨率。