[发明专利]一种基于布里渊散射的分布式光纤传感系统

说明书

技术领域

本发明属于光纤激光器和光纤传感领域，具体涉及一种分布式光纤传感系统。

背景技术

布里渊光纤环形激光器是将光纤置于谐振腔内，利用光纤中的布里渊增益而产生激光的。布里渊光纤环形激光器具有线宽窄、频率稳定、增益方向敏感等优点，因此一直是人们研究的热点。并且其被广泛应用于以下诸多方面：分布式温度、压力传感器；窄带放大器；微波频率产生器；移频器。

目前国内外在基于受激布里渊散射的光纤激光器方面已经开展了许多非常有意义的工作，提出了很多方案，比如常规布里渊光纤环形激光器，同腔布里渊光纤环形激光器，非平衡的布里渊光纤环形激光器，掺铒放大布里渊光纤环形激光器。在此，我们提出了一种新颖的布里渊光纤环形激光器，其结构简单，对光源要求低。

光纤传感器作为七十年代发展起来的新型传感技术，与常规传感器相比，有很多优点：抗电磁干扰，电绝缘，耐腐蚀，本质安全；灵敏度高；重量轻，体积小，外型可变；成本低。

随着工程中应用十分广泛的光时域反射(OTDR)技术的发展，产生了分布式光纤传感技术。和准分布式光纤传感技术相比，分布式光纤传感技术具有在传感光纤区域内同时获取随时间和空间变化连续分布信息的能力。由于分布式光纤传感器具有其它传感技术所无法比拟的优点，因此成为目前传感技术研究领域研究的热点。

目前基于散射机理的分布式光纤传感器的研究的主要理论依据主要有瑞利散射，拉曼散射及布里渊散射这三种。其中基于布里渊散射的分布型光纤传感技术起步相对较晚，但是它能实现温度、应变的同时测量，并且所能达到的精度、测量范围及空间分辨率均优于其它光纤传感技术。基于布里渊散射的温度传感技术的研究主要有：①基于布里渊光时域反射的分布型光纤温度传感技术(BOTDR)；②基于布里渊光时域分析的分布型光纤温度传感技术(BOTDA)；③基于布里渊光频域分析的分布型光纤温度传感技术(BOFDA)。

其中BOTDR的结构较为简单，不需要两个光源，支持断点测量，因此国内外很多研究集中在这一方案上。1993年Kurashima等人首先利用相干检测的方法实现了自发布里渊散射信号的温度应变分布式测量。这种方法实现起来较为简单，但是对光源稳定性要求较高。后来英国的T.P.Newson等人分别用F-P干涉仪和Mach-Zehnde干涉仪等方法实现了直接检测布里渊散射信号的实验研究，并且通过对布里渊频移和强度同时测量，实现了同时获得温度和应变信息。近几年H.H.Kee和T.P.Newson等人采用测量瑞利信号与布里渊信号的比(Landau-Placzek Ratio)的方法已经使空间分辨率提高到了几十厘米的范围内，但所实现的测量精度比较差。

发明内容

本发明是基于现有技术的不足而做出的，其目的是提供一种基于布里渊散射的光纤传感系统，该传感系统包括布里渊光纤激光器和分布式布里渊光纤传感器，该激光器可以提供一种线宽窄、频率稳定的输出；该分布式布里渊光纤传感器能够同时测量温度和应变信号。

采用的具体技术方案如下：

一种基于布里渊散射的分布式光纤传感系统，包括布里渊光纤环形激光器A和分布式布里渊光纤传感器B，所述布里渊光纤环形激光器A输出的剩余泵浦光作为探测光输入到所述分布式布里渊光纤传感器B中，所述布里渊光纤环形激光器A输出的激光作为分布式布里渊光纤传感器B的本振光，所述探测光输入分布式布里渊光纤传感器B的传感光纤中，得到含有温度和应变信息的背向布里渊散射光，该背向布里渊散射光与所述本振光进行混频，即可得到所需的温度和应变信息。

作为本发明的进一步改进，所述的布里渊光纤环形激光器A包括泵浦激光器，偏振控制器，第一光环形器，单模光纤和光耦合器，所述泵浦激光器输出的泵浦光经过偏振控制器调整其偏振态，再输入到第一光环形器的1端口；所述单模光纤一端与第一光环形器的2端口连接，另一端连接到光耦合器；所述第一光环形器的3端口通过偏振控制器也连接到光耦合器，所述布里渊光纤环形激光器A通过光耦合器输出所述的激光和剩余泵浦光。

作为本发明的进一步改进，所述分布式布里渊光纤传感器B包括调制器，第二光环形器，传感光纤和光电探测器，所述探测光经过调制器调制后输入到第二光环形器的1端口，所述第二光环形器的2端口连接一段传感光纤，该传感光纤探测得到的传感光通过该第二光环形器的3端口，并与所述本振光一起注入光电探测器，即可得到所需的温度和应变信息。

作为本发明的进一步改进，所述分布式布里渊光纤传感器B还包括电频谱分析仪，所述光电探测器连接到该电频谱分析仪，用于显示所得到的温度和应变信息。