[发明专利]基于布里渊激光器和自外差检测的布里渊时域分析系统

说明书

技术领域

本发明涉及光纤布里渊时域分析系统，属于光纤传感器技术领域。

背景技术

基于布里渊散射效应的分布式光纤传感技术是近年来研究的热点传感技术，它可以感知整条光纤传感链路上温度、应变的空间分布和随时间变化的信息，在油井管道、桥梁大坝等重大结构的健康安全监测中有重要应用前景。布里渊分布光纤传感器中，布里渊时域分析仪利用的是受激布里渊散射效应，增强了探测信号，传感距离较远。

目前，提高布里渊时域分析系统检测信号信噪比是难点技术，检测方法可采取直接检测法和传统相干检测法。直接检测法中，连续探测光与脉冲泵浦光布里渊作用后经环形器直接注入光电探测器转换成电信号；该方法的检测信号信噪比与探测光功率成正比，然而探测光功率受到光纤调制不稳定性和泵浦消耗效应的限制，因此限制了系统信号信噪比的提高。传统相干检测法中，一种方法是将布里渊作用后的连续探测光与入射光直接相干拍频后用宽带光电探测器转换成频率为11GHz左右的电信号，为方便数据采集分析还需将该电信号与频率相近的微波信号拍频，使信号降至数百兆赫兹量级；另外一种方法是对入射光进行微波电光调制，使之产生频率下移并作为相干本振光，连续探测光与本振光的相干差频信号可以直接采集分析和信息解调。然而上述两种相干检测方法中，存在着以下问题：宽带探测器相对信噪比低；连续探测光与本振光传输路径不同，引入了附加相位噪声，降低检测信号信噪比；高频微波源体积大，导致系统不紧凑等。

发明内容

本发明提供了一种基于布里渊激光器和自外差检测的布里渊时域分析系统，以减弱系统的相位噪声，提高系统信噪比，保障整段传感光纤的温度/应变测量精度，同时使系统更紧凑。

本发明所采用的技术方案是：提供一种基于布里渊激光器和自外差检测技术的布里渊时域分析测量方法和系统。布里渊时域分析系统结构上包括激光器(1)、隔离器(2)、耦合器(3)、第一掺铒光纤放大器(4)、布里渊激光器(5)、信号发生器(6)、相位调制器(7)、传感光纤(8)、环形器(9)、第二掺铒光纤放大器(10)、脉冲发生器(11)、扰偏器(12)、光电转换模块(13)、数字信号处理模块(14)。

所述激光器(1)通过隔离器(2)连接耦合器(3)，所述耦合器(3)将激光器(1)产生的光束分成两路：第一路激光用于产生布里渊探测信号光，与第一掺铒光纤放大器(4)的输入端连接，所述第一掺铒光纤放大器(4)的输出端与布里渊激光器(5)输入端连接，所述的布里渊激光器(5)输出端与相位调制器(7)的第一输入端连接，所述的相位调制器(7)的第二输入端与信号发生器(6)连接，所述的相位调制器(7)的输出端与传感光纤(8)连接，所述的传感光纤(8)的输出端与环形器(9)的第二端口(92)连接；

第二路激光用于产生布里渊脉冲泵浦光，经第二掺铒光纤放大器(10)放大后与脉冲发生器(11)的输入端连接，所述的脉冲发生器(11)输出端经扰偏器(12)与环形器(9)的第一端口(91)连接；

所述环形器(9)的第三端口(93)依次连接光电转换模块(13)和数字信号处理模块(14)，将与布里渊脉冲泵浦光发生受激布里渊散射作用后的探测信号光分别进行自外差接收和数字信号处理解调，得到在传感光纤沿线的温度/应变分布。

按照本发明所提供的基于布里渊激光器和自外差检测的布里渊时域分析系统，其特征在于激光器(1)是光谱宽度小于1MHz，输出功率大于20mW，中心波长为1550nm的高稳定光纤激光器。

按照本发明所提供的基于布里渊激光器和自外差检测的布里渊时域分析系统，其特征在于所述的布里渊激光器(5)用于完成对激光器(1)注入的激光信号产生宽带频移，为环形腔结构光纤激光器：由环形器、隔离器、输出耦合器和高非线性光纤组成；所述的高非线性光纤布里渊频移比所述的传感光纤(8)布里渊频移低360MHz。

按照本发明所提供的基于布里渊激光器和自外差检测的布里渊时域分析系统，其特征在于所述的信号发生器(6)频率范围为250kHz～1GHz。

按照本发明所提供的基于布里渊激光器和自外差检测的布里渊时域分析系统，其特征在于所述的相位调制器(7)用于产生双边带信号，为电光相位调制器，工作波段为1550nm，带宽≤1GHz。

按照本发明所提供的基于布里渊激光器和自外差检测的布里渊时域分析系统，其特征在于所述的光电转换模块(13)的频率响应带宽为1GHz。