[实用新型]布里渊光时域反射仪

说明书

技术领域

本实用新型涉及光纤传感技术领域，尤其涉及一种布里渊光时域反射仪，用于测量光纤中的温度和应力。 

背景技术

布里渊散射是指光通过介质时，由无规则热运动激发的如声子或磁振子引起的非弹性散射。布里渊散射光相对于入射光会发生频移，在光纤中，温度和应力均能引起布里渊散射频移的改变，因此作为光纤传感，如果能够监测布里渊频移的变化，则可以测量温度和应力的变化。 

布里渊光时域反射仪(Brillouin Optical Time-Domain Reflectometer，BOTDR)是基于上述原理，被广泛应用于隧道、桥梁、大坝、边坡等工程领域，进行各类构筑物应变和温度测量的尖端设备。其与常规的监测设备相比，具有分布式、长距离、实时性、精度高、抗干扰和耐久性等诸多优点。目前，布里渊光时域反射仪通常的工作过程是：激光光源生成的激光被被分为两束，一束作为布里渊激光器的泵浦光，用于形成本振光；另一束则用于生成脉冲探测信号，并将该脉冲探测信号输至传感光纤，生成布里渊散射光；将本振光和布里渊散射光进行耦合（即相当检测），使布里渊散射光的中心频率移至几百MHz级别；然后对改变了频率的布里渊散射光的进行检测，并通过布里渊频移和布里渊散射功率求得传感光纤中的应变和温度。但是，上述仅是比较理想的模型，但实际应用中由于弯曲损耗、接头损耗、耦合损耗、输入激光功率的波动以及脉冲宽度的波动等因素都会导致功率的变化，而且光的偏振变化对其功率测量也是一个不容忽视的不利影响因素。因此采用上述结构，测量光纤中的温度和 应力时，将使测得的应变和温度存在较大误差。 

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种布里渊光时域反射仪，可以减小应变和温度的测量误差，提高测量精度。 

本实用新型提供的一种布里渊光时域反射仪，包括：光源组件、第一光路组件、第二光路组件、第一耦合组件和探测与处理组件，所述光源组件用于生成两束激光，一束通过所述第一光路组件输至传感光纤形成布里渊散射光，另一束通过第二光路组件形成本振光，所述第一耦合组件将所述布里渊散射光和本振光耦合至所述探测与处理组件，还包括：第二耦合组件，所述第二耦合组件位于所述第一光路组件和第一耦合组件之间，用于将所述第一光路组件输出的布里渊散射光分为两束，一束输至所述第一耦合组件，并从另一束中取出瑞利散射光并由所述探测与处理组件接收，所述探测与处理组件根据接收的布里渊散射光信号与瑞利散射光信号，计算所述传感光纤中的温度和应力。 

进一步，所述探测与处理组件包括：第一光电探测器、第二光电探器和处理器； 

第一光电探测器，用于接收布里渊散射光； 

第二光电探测器，用于接收瑞利散射光； 

所述处理器，用于根据第一光电探测器生成的布里渊散射信号和第二光电探器生成的瑞利散射信号，计算所述传感光纤中的温度和应力。 

进一步，所述处理器包括： 

数字信号处理电路，用于对第一光电探器输出的信号进行经典小波变换或快速傅立叶变换； 

散射谱反演电路，用于对数字信号处理电路输出的信号进行布里渊散射谱反演处理； 

计算电路，用于根据散射谱反演电路输出的信号和第二光电探测器输出的信号，计算所述传感光纤中的温度和应力。 

进一步，所述第二耦合组件包括：顺序连接的第二耦合器、分离装置、第二滤波器，所述第二耦合器的输入与第一光路组件的输出连接，两个输出分别连接至第一耦合组件和分离装置。 

进一步，所述分离装置包括：光纤珐珀干涉仪、马赫尔曾德仪或窄宽带光纤光栅滤波器。 

进一步，所述光源组件包括： 

用于生成激光的窄带宽激光器； 

与所述窄带激光器连接的，用于将所述窄带宽激光器生成的激光分为两束的第三耦合器。 

进一步，所述第一光路组件包括： 

用于接收所述光源组件输出的一束光并调制为探测脉冲信号的脉冲探测器； 

与所述脉冲探测器连接的，用于将所述探测脉冲信号放大的第一光纤放大器； 

第一端口与所述第一光光纤放大器连接、第二端口连接传感光纤、第二端口连接第二耦合组件的环形器。 

进一步，所述第一光路组件包括： 

与光源组件的一个输出连接，用于将光源组件输至的光放大的第二光纤放器； 

与所述第二光纤放大器连接的，用于根据第二光纤放大器输出的光、生成本振光的布里渊环形激光器。 

进一步，所述第一耦合组件包括：顺序连接的第一耦合器和第三滤波器，第一耦合器的两个输入分别与第二光路组件的输出和第二耦合组件的输出连接。