[发明专利]超长距离的高空间分辨率拉曼光纤双参量传感系统和方法

权利要求书

1.一种超长距离的高空间分辨率拉曼光纤双参量传感系统，其特征在于，包括脉冲激光源、混沌激光源、第一光开关（3）、第一耦合器（7）、第二耦合器（8）、波分复用器（9）、第二光开关（10）、传感光纤（15）、第一光电探测器（16）、第二光电探测器（19）、数据采集卡（20）和计算机（21）；

所述混沌激光源的输出端与所述第一耦合器（7）输入端连接，第一耦合器（7）的输出端分别与第二耦合器（8）的一个输入端和第二光电探测器（19）连接，脉冲激光源的输出端与第二耦合器（8）的另一个输入端连接，第二耦合器（8）的输出端与波分复用器（9）的第一端口连接，波分复用器（9）的第二端口与第二光开关（10）的输入端连接，第二光开关（10）的两个输出端分别与传感光纤（15）的两端连接，波分复用器（9）的第三端口与第一光电探测器（16）连接；

第一光电探测器（16）、第二光电探测器（19）的输出端与数据采集卡（20）连接，数据采集卡（20）的输出端与计算机（21）连接；所述传感光纤（15）的一端设置于恒温槽（24）中；

所述脉冲激光源用于分别输出两种脉冲宽度分别为M和N的脉冲激光，混沌激光源用于输出混沌脉冲激光；所述第一光开关（3）用于控制和切换所述脉冲激光源、混沌激光源的输出；所述第二光开关用于切换入射到传感光纤（15）中的脉冲激光方向；

计算机（21）用于根据混沌脉冲激光在传感光纤中发生的后向拉曼散射产生的反斯托克斯光强度与对应的参考混沌脉冲信号，计算获得传感光纤（15）沿线的应变信息，还用于根据不同脉宽的两种脉冲激光在传感光纤中发生的后向拉曼散射产生的反斯托克斯光强度，计算得到传感光纤（15）沿线的温度信息；

传感光纤（15）沿线的温度信息的计算公式为：

其中，T表示传感光纤的温度，T₀表示恒温槽温度，Δν为拉曼频移，h为普朗克常数，k为波尔兹曼常数，分别表示脉冲宽度为N和M的前向脉冲产生的反斯托克斯光光强；分别表示脉冲宽度为N和M的后向脉冲产生的反斯托克斯光光强； 分别表示脉冲宽度为N和M的前向脉冲在参考光纤L₀处产生的反斯托克斯光的光强，分别表示脉冲宽度为N和M的后向脉冲在参考光纤L₀处产生的反斯托克斯光的光强。

2.根据权利要求1所述的一种超长距离的高空间分辨率拉曼光纤双参量传感系统，其特征在于，所述脉冲激光源为脉冲激光器，混沌激光源包括混沌激光器（2）、隔离器（4），半导体光放大器（5），脉冲掺铒光纤放大器（6）；

第一光开关（3）输入端与混沌激光器（2）和脉冲激光器的输出端连接，输出端分别与第二耦合器（8）的另一个输入端和隔离器（4）的输入端连接，隔离器（4）的输出端依次连接半导体光放大器（5），脉冲掺铒光纤放大器（6）和第一耦合器（7）。

3.根据权利要求1所述的一种超长距离的高空间分辨率拉曼光纤双参量传感系统，其特征在于，还包括第三耦合器（13）、第四耦合器（14）、第一半导体激光器（11）和第二半导体激光器（12）；

所述第二光开关（10）的两个输出端分别与第三耦合器（11）和第四耦合器（12）的一个输入端连接，第一半导体激光器（11）和第二半导体激光器（12）的输出端分别与第三耦合器（13）和第四耦合器（14）的另一个输入端连接，第三耦合器（13）和第四耦合器（14）的输出端分别与传感光纤（15）的两端连接。

4.根据权利要求1所述的一种超长距离的高空间分辨率拉曼光纤双参量传感系统，其特征在于，还包括信号放大器（17），所述第一光电探测器（16）的输出端分别通过信号放大器（17）与数据采集卡（20）连接。

5.根据权利要求1所述的一种超长距离的高空间分辨率拉曼光纤双参量传感系统，其特征在于，所述脉冲激光的脉冲宽度为M=100ns，N=100.01ns，重复频率为1kHz。