[发明专利]一种布里渊光时域反射传感装置

说明书

发明提供一种布里渊光时域反射传感装置，包括包括第一激光器、第二激光器、四个光纤耦合器、微波频率计、传感光纤、扰偏器、平衡探测单元、外调制器、第一掺铒光纤放大器、光纤环形器、数据采集单元、脉冲驱动器，第一、第二激光器的输出端分别与第一、第二光纤耦合器相连，第三光纤耦合器外接有微波频率计，第一光纤耦合器依次与外调制器、第一掺铒光纤放大器、光纤环形器相连，脉冲驱动器与外调制器相连，光纤环形器外接有传感光纤，第二光纤耦合器外接有扰偏器，扰偏器外接有第四光纤耦合器，第四光纤耦合器与平衡探测单元、数据采集单元相连。本发明能够实现微弱信号探测，实现长距离、高精度测量，具有更好的稳定性以及环境温度适应性。

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，具体涉及一种布里渊光时域反射传感装置。

背景技术

基于布里渊散射效应的分布式光纤传感技术是一种新型的在线监测技术，其直接以单模光纤作为传感器，传、感合一，可以实现光纤沿线的温度、应变测量，具有测量距离远、无测量盲区、测量精度高等技术优势。根据测量机理不同，基于布里渊散射效应的分布式光纤传感装置可以分成两大类，基于自发布里渊散射效应的布里渊光时域反射传感装置BOTDR以及受激布里渊散射效应的布里渊光时域分析传感装置BOTDA。其中BOTDR只需要一芯光纤，BOTDA需要两芯光纤构成测量环路。在实际应用中，布里渊光时域反射传感装置BOTDR不会因光纤断裂而造成整个监测系统完全失效，装置的鲁棒性更优。由于自发布里渊散射信号非常微弱，如何实现长距离、高精度测量是目前布里渊光时域反射传感装置的研发难点。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的问题是提供一种长距离、高精度的布里渊光时域反射传感装置。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种布里渊光时域反射传感装置，包括第一激光器、第二激光器、第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、第三光纤耦合器、微波频率计、传感光纤、扰偏器、平衡探测单元、外调制器、第一掺铒光纤放大器、光纤环形器、第四光纤耦合器、数据采集单元、脉冲驱动器，所述第一激光器的输出端与所述第一光纤耦合器的输入端相连，所述第二激光器的输出端与所述第二光纤耦合器的输入端相连，所述第一光纤耦合器和所述第二光纤耦合器的其一输出端外接有第三光纤耦合器的输入端，所述第三光纤耦合器的输出端外接有微波频率计，所述第一光纤耦合器的另一输出端依次与外调制器、第一掺铒光纤放大器、光纤环形器的第一端口相连，所述脉冲驱动器与所述外调制器相连，所述光纤环形器的第二端口外接有传感光纤，所述第二光纤耦合器的另一输出端外接有扰偏器的输入端，所述光纤环形器的第三端口和所述扰偏器的输出端外接有第四光纤耦合器的输入端，所述第四光纤耦合器的输出端依次与平衡探测单元、数据采集单元相连。

在本发明中，优选地，所述第一激光器和第二激光器为窄线宽半导体激光器，线宽为5kHz～1MHz，并且第一激光器和第二激光器的中心频率差值为9-13GHz。通过改变第一激光器或/和第二激光器的工作电流或/和温度可以实现第一激光器和第二激光器的中心频率差值的变化。

在本发明中，优选地，所述微波频率计包括超宽带光电探测器和分频器，频率探测范围覆盖9-13GHz，可实现1～10MHz频率步长的探测。超宽带光电探测器的光强—电压转换效率较小，为满足分频器测量需要，入射光强不能太小。

在本发明中，优选地，所述外调制器为电光调制器EOM或者半导体光放大器SOA。电光调制器EOM以及半导体光放大器SOA的响应速度快，可以将连续激光调制为窄脉宽的激光脉冲。

在本发明中，优选地，所述光纤环形器的第三端口与第四光纤耦合器的其一输入端之间设置有第二掺铒光纤放大器，对传感光纤的背向自发布里渊散射信号进行放大。