[发明专利]光纤中分布式动态布里渊传感

说明书

技术领域

本发明涉及感测光纤中的布里渊散射，并且更具体而言，涉及一种分布式动态布里渊传感。

背景技术

在本领域中，众所周知的是，将受激布里渊散射（SBS）用于光纤应变和温度分布式传感器。一种最广泛使用的方法为布里渊光时域分析技术（BOTDA）的典型方法，其中，泵浦脉冲与反向传播的探测波相互作用。从局部布里渊增益谱（BGS）中推断应变和温度信息，通过扫描探测波的光频来测量该布里渊增益谱。

为了在这两个被测变量的宽动态范围内实现高的应变/温度分辨率，经扫描的频率范围必须宽（>100MHz）并且具有高粒度，引起相当慢的进程，这通常需要多次扫描以减少噪声。因此，典型BODTA目前主要应用于平均或半平均测量中。

发明内容

在本发明的实施方式中提供了一种使用受激布里渊散射（SBS）的方法，以沿着整个布里渊非均匀光纤对动态应变进行准同步分布式测量。在沿着光纤对时间上缓慢变化的布里渊增益谱（BGS）进行典型映射以后，下面将示出如何将专门合成的并且可适应的探测波用于在局部BGS的斜面上始终起作用，允许单个泵浦脉冲沿着整个光纤进行快速应变变量取样。沿着整个光纤长度，可同时对量级为KHz的应变振动取样（即，使用相同的泵浦脉冲），具有不同的平均布里渊频移。

根据本发明的一个方面，首先沿着光纤长度研究该受测光纤的平均特性。然后，平均特性用于生成可变频率探测信号。根据所研究的平均特性，定制频率的变化。此外，泵浦脉冲波和定制的探测波同步，从而在沿着光纤的每个指定的位置中（即，在期望的工作点内），在最适当的条件下进行受激布里渊散射。这是由于在指定位置中的平均特性和在设计执行受激布里渊散射的任何点中的探测信号的频率之间的匹配而实现。

根据本发明的另一个方面，在动态问询受激布里渊散射之前，未研究受测光纤的平均特性。可选地，生成具有多个均匀长度部分的周期性探测波，每个长度部分与不同的布里渊移频相关。探测波中所使用的不同频率部的数量及其跨度确定可测量的应变/温度的粒度和范围。周期性脉冲波被同步，从而在泵浦波沿着光纤传播时，每个泵浦脉冲波遇到探测波的一个不同频率部分。对于每个光纤段，选择最佳拟合的探测频率（在工作点方面），自该频率进行对该段的测量。

在以下详细描述中阐述了可从详细描述中推断出；和/或通过实践本发明的实施方式可获知的本发明的实施方式的这些、额外的和/或其他方面和/或优点。

附图说明

为了更好地理解本发明的实施方式并且为了显示可实现本发明的实施方式的方式，现在仅仅通过实例，参照附图，在附图中，相似的标号在通篇中表示相应的元件或部分。

附图中：

图1为示出根据本发明的一些实施方式的在不同的时间段在光纤内的可变探测信号和脉冲信号的示意图；

图2为示出根据本发明的一些实施方式的布里渊增益谱的曲线图；

图3为示出根据本发明的一些实施方式的在光纤内的可变探测信号和脉冲的示意图；

图4A和4B为示出根据本发明的一些实施方式的方法的高水平流程图；

图5为示出被配置为执行根据本发明的一些实施方式的方法的一个示例性实验系统的示意性方框图；

图6为示出根据本发明的一些实施方式的一个方面的示意图；

图7为示出根据本发明的其他实施方式的在光纤内的可变探测信号和脉冲的示意图；

图8为示出根据本发明的一些实施方式的实验结果的曲线图；

图9为示出根据本发明的一些实施方式的实验结果的曲线图；以及

图10为示出根据本发明的一些实施方式的实验结果的曲线图。

示图与以下详细描述一起使实际上可体现本发明的方式对于本领域的技术人员显而易见。

具体实施方式

在本发明的实施方式中，建议使用具有可变频率的探测信号，该可变频率被定制（tailor）为与受测光纤的平均特性匹配。在平均应变/温度条件下，均匀光纤的布里渊增益谱沿着受测光纤的整个长度恒定。对于给定的泵浦频率，然后选择反向传播探测光的光频，以与30MHz宽的洛伦兹布里渊增益谱的一个-3dB点重合。可替换地，可选择沿着斜面的任何其他点，可能但非必要地为斜面的中心。要理解的是，在以下描述中，对于-3dB点的任何引用应理解为沿着斜面的点。