[发明专利]一种基于布里渊散射分布式光纤温度和应力传感器

说明书

技术领域

本发明涉及光纤传感领域，具体说，涉及一种基于布里渊散射分布式光纤温度和应力传感器。

背景技术

基于布里渊散射的分布式光纤温度与应力传感器通过检测传感光纤各处的背向自发布里渊散射光或者受激布里渊散射光相对于入射光的频率偏移，即布里渊频移，来探测散射发生位置的温度和／或应力。相对与其他温度与应力传感器而言，其具备的显著优点是可以对所处环境进行分布式测量，即可以测出光纤沿线的温度和／或应力分布。因此能够广泛应用于大型结构的监测中，比如管道、桥梁等。

布里渊频移可以表示为

ν_B=2nv_A／λ  公式(1)

其中n是传感光纤有效折射率，v_A和λ分别是传感光纤中声速与入射光波长。

探测布里渊频移一般使用相干探测的方式。由于布里渊频移在11GHz左右，经过本振光相干之后，一般采用带宽大于10GHz的高速光电转换器进行探测：也可以预先对本振光进行频移，频移的方式可以是声光调制器，电光调制器，布里渊激光器等。这样，可以在百MHz量级探测到布里渊频移。

当传感光纤所处环境某处的温度或者应力发生变化时，布里渊频率偏移会相应地线性变化，它可以表示为

Δν_B(T，ε)=C_TΔT+C_εΔε  公式(2)

其中C_T和C_ε分别是布里渊频移关于温度和应力变化的响应系数。

由于布里渊频移与温度和应力两物理量同时敏感，且均线性相关，因此在应用中面临交叉敏感问题，即只通过布里渊频移无法分离温度和应力各自的影响。要解决此问题，势必要引入第二个物理参量。目前，被用作第二个物理参量的主要有：

1)散射光功率。这类方法同时测量散射光的功率和布里渊频移，然后测得温度和应力变化量。但是，散射光功率容易受外界干扰，因此测量准确的受到了很大的影响;

2)Landau-Placzek比例.Landau-Placzek比例定义为布里渊散射光强度和瑞利散射光强度的比值。通过计算Landau-Placzek比例，可以得到温度的变化量。但是，由于需要引入瑞利散射光的强度，此方法不仅提高了系统复杂度，也在测量范围上受到限制；

3)特种光纤。通过光子晶体光纤等特种光纤的不同声学导模特性产生多峰的布里渊散射光信号，并利用多峰信号的频移确定温度和应力的变化。

以上这些解决温度与应力交叉敏感的方法均面临结构复杂、成本高昂的问题。同时，为了探测布里渊频移，结构中也需要引入高速光电转换器件或者频移器件。因此，成本高昂和结构复杂制约了温度和应力传感的工程应用。

发明内容

本发明要解决的问题是，针对现有基于布里渊散射分布式光纤温度与应力传感器中所存在的结构复杂、成本较高的问题，提出一种低成本、易实现的基于布里渊散射的分布式光纤传感器，并可以同时区分温度和应力的作用。

为了实现上述目的，本发明提供一种布里渊散射分布式光纤温度与传感器，其包括光源，脉冲调制器，掺铒光纤放大器，耦合器，铺设在一起的传感光纤1、传感光纤2与传感光纤3，以及检测单元。

优选的，光源可以为窄线宽激光器。

优选的，该结构中的脉冲调制器可以为声光调制器或者电光调制器。脉冲调制器将入射光调制为有一定间隔的矩形脉冲信号。调制脉冲信号的重复频率决定了传感范围，脉冲信号的脉宽决定了传感分辨率。

优选的，所述的耦合器为3*3耦合器，分光比为均匀分光.

光源发出的激光经过脉冲调制和掺铒光纤放大器放大之后作为入射光，经经过耦合器分成3路探测光分别进入3路传感光纤。传感光纤中均会产生包含温度与应力信息的背向布里渊散射光。3路背向散射光在耦合器处合束并耦合至检测单元。

由于光纤纤芯中的掺杂以及光纤纤芯直径差异，不同的传感光纤具有不同的布里渊频移。多路传感光纤的布里渊背向散射光合束后经过检测单元，能够生成在频域上具有多峰特性的拍频布里渊信号。比如说，传感光纤1和传感光纤2的拍频布里渊信号频移为