[发明专利]一种长距离高空间分辨率的分布式混沌拉曼光纤传感装置

说明书

本发明属于分布式光纤传感技术领域，公开了一种长距离高空间分辨率的分布式混沌拉曼光纤传感装置，包括混沌激光器，混沌激光器发出混沌激光被调制为脉冲混沌信号后，经波分复用器后分为两路，一路经光纤布拉格光栅后进入传感光纤后发生自发拉曼散射产生自发拉曼散射光，另一路被第二光电探测器探测；拉曼激光器输出的泵浦激光经光隔离器后从传感光纤另一端输入形成随机光纤激光器，对传感光纤中的自发拉曼散射光进行随机放大，放大后的自发拉曼散射光被第一光电探测器探测，第一光电探测器和第二光电探测器经高速数据采集卡采集与计算机连接。本发明可有效解决目前分布式传感技术无法同时兼顾空间分辨率的增大和传感距离延长的问题。

技术领域

本发明属于分布式光纤传感技术领域，具体为一种长距离高空间分辨率的分布式混沌拉曼光纤传感装置。

背景技术

分布式光纤传感技术由于其具有监测距离长、空间分辨率高、响应时间快、抗电磁干扰能力强等优点，被广泛应用于石油工业、电力系统、土木工程、航空航天、军事工业等领域。

目前，基于光纤的分布式传感技术主要分为分布式光纤布里渊传感技术和分布式光纤拉曼传感技术。其中，分布式光纤布里渊传感技术是基于光纤中光信号的频率受光纤沿线温度信息的调制，当外界温度发生变化时，系统根据布里渊频移量监测系统温度的变化，但传感距离相对较短（中国发明专利：CN201910477926.2）。分布式光纤拉曼传感技术是利用光时域反射原理结合拉曼散射光的温度效应实现对光纤沿线的分布式温度测量。结构相对于分布式光纤布里渊传感技术较为简单，然而由于带宽限制以及声子寿命影响，空间分辨率的提高限制传感距离。因此，无论是分布式光纤布里渊传感技术还是单纯的分布式光纤拉曼传感技术，均存在空间分辨率和传感距离无法兼顾的问题。

基于此，为了克服以上两种分布式传感技术无法同时兼顾空间分辨率的提高和传感距离延长，本发明公开了一种长距离和高空间分辨率的分布式混沌拉曼光纤传感装置及方法，利用混沌低的相干性以及随机光纤激光器长的传感距离，显著提高系统的传感能力。

发明内容

本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种长距离高空间分辨率的分布式混沌拉曼光纤传感装置。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种长距离高空间分辨率的分布式混沌拉曼光纤传感装置，包括混沌激光器、脉冲信号发生器、电光调制器、波分复用器、光纤布拉格光栅、传感光纤、光隔离器、拉曼激光器、光滤波器、第一光电探测器、高速数据采集卡、计算机和第二光电探测器；

所述混沌激光器发出混沌激光经电光调制器调制为脉冲混沌信号后，经波分复用器后分为两路，一路经光纤布拉格光栅后进入传感光纤后发生自发拉曼散射产生自发拉曼散射光，另一路被第二光电探测器探测；拉曼激光器输出的泵浦激光经光隔离器后从传感光纤另一端输入；所述拉曼激光器、光隔离器、传感光纤、光纤布拉格光栅形成随机光纤激光器，用于对传感光纤中的自发拉曼散射光进行随机放大，放大后的自发拉曼散射光经波分复用器、光滤波器后被第一光电探测器探测，第一光电探测器和第二光电探测器输出的电信号经高速数据采集卡采集后发送至计算机；光纤布拉格光栅用于对剩余泵浦激光进行反射，使其返回随机激光器继续参与混沌激光放大过程。

所述拉曼激光器的中心波长为比所述混沌激光器中心波长小180~220nm，所述光纤布拉格光栅中心反射波长等于所述拉曼激光器的中心波长，且其靠近所述传感光纤一侧的反射率大于90%。

所述传感光纤长为60km。

所述混沌激光器中心波长为1550nm，所述光纤布拉格光栅中心反射波长为1365nm，其靠近所述传感光纤一侧的反射率为95%，所述拉曼激光器的中心波长为1365nm。

所述波分复用器的波长为：左：1550nm/1450nm；右：1450nm/1550nm。

所述计算机用于根据所述第一光电探测器和第二光电探测器输出的电信号，进行相关峰分析，解调得到传感光纤沿线的温度信息。