[实用新型]一种分布式光纤温度和应力传感装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种分布式温度和应力传感的装置，属于光纤传感技术领域。

背景技术

长期以来，国内外在工程领域，大型土木建筑、桥梁、隧道和电力电缆主要使用电学应变片和热敏电阻作为应变和温度传感器，每个传感器均需要电线，组成大型检测网络，结构很复杂，这类传感器本身带电，本质上是很不安全的，易受电磁干扰，容易腐蚀，也不能定位，受环境影响较大，不适合用于恶劣环境，更不适合用于地质灾害和火灾的现场。

光纤本身不带电，抗电磁、耐辐射、耐高电压、不产生电火花并且绝缘性良好等特点，使得光纤传感系统成为传感系统的主流，并逐步代替传统的传感器系统。光纤上的物理量诸如：压力、温度、电场、磁场等发生变化时，会引起光纤的物理特性发生变化，从而使光纤中传导的光波产生各种光学效应，如：散射、强度改变等等。通过检测光纤中光波的变化，实现对温度、压力、形变等物理量的检测。近年光电子器件的迅猛发展，特别是半导体激光器、波分复用和光耦合技术、光电信号的探测与处理等等技术的发展，使光纤用来做分布式传感器系统成为了现实。

在分布式光纤传感器领域，国内外有分布式光纤拉曼散射光子温度传感器，国外有分布式布里渊散射光子传感器。现有的分布式光纤传感装置是由激光驱动器、激光器、耦合器、滤光器、探测器、信号放大器、数据采集卡、计算机组成。其工作原理为：激光器连续不断地向探测光缆中发射激光，激光在光缆中传输时会发生背向散射，得到的拉曼光谱被耦合器和滤光器分离出来，再经过光电转换和信号放大处理后进行数据采集，然后再将采集到的数据送往计算机进行数据处理，最终得出所需的数据。

在实际应用中人们总希望能同时测量多个参数，而温度和应变是实际应用中比较重要的两个参数。实现温度和应变的同时测量，对实际应用非常重要，特别是对大型土木工程、隧道和地质灾害的预测和监控。全分布式光纤布里渊时域分析器虽能同时测量温度和应变，但存在交叉效应，影响检测结果。英国南安普敦大学Newson团队用窄带激光光源利用光纤的背向自发反斯托克斯拉曼散射测温并用自发光纤布里渊散射效应来测量应变(见M.N.Allahbabi，Y.T.Cho and T.P.Newson，Simulataneous Distributed Measurements of Temperature and Strain using Spontaneous Raman and BrillouinScattering，Optics Letters，2005，1 June，p.1276-1278)，但由于光纤布里渊散射的光谱带寬很窄，因此，测量温度和应变的精度低。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有光纤分布式温度应力传感系统的缺陷和不足，提出了结合拉曼系统和布里渊系统，并用拉曼系统得到的温度信息解调布里渊的频移从而同时得到温度应变信息的一种分布式光纤温度和应力传感装置。

为了实现上述实用新型目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种分布式光纤温度和应力传感装置，包括脉冲激光器、半导体激光器、光隔离器A、B、光耦合器、声光调制器、掺饵光纤放大器、扰偏器、光开关、偏振控制器、信号发生器、继电器、电光调制器、微波源、数据采集卡、光电探测器A、B、拉曼滤波器、光纤布拉格光栅、环形器A、B、传感光纤，其特征在于脉冲激光器的输出端与光开关的一个输入端相连，脉冲激光器的另一个同步脉冲输出端与继电器输入端相连；半导体激光器的输出端与光隔离器A的输入端相连，光隔离器A的输出端与光耦合器的输入端相连，光耦合器的一个输出端依次与声光调制器、掺饵光纤放大器、扰偏器相连，扰偏器的输出端与光开关的另一个输入端相连，光开关的输出端与环形器A的1端口相连；光耦合器的另一个输出端依次与偏振控制器、电光调制器、光隔离器B相连，光隔离器B输出端通过传感光纤和环形器A的2端口相连接；信号发生器的输出端口A、B、C、D、E分别连接到声光调制器、光开关、数据采集卡、微波源和继电器；微波源的输出端与电光调制器相连，对其起驱动作用；环形器A的3端口与环形器B的1端口相连，环形器B的2端口依次与光纤布拉格光栅、拉曼滤波器和光电探测器A相连，光电探测器A的输出端与数据采集卡相连；环形器B的3端口依次与光电探测器B和数据采集卡相连。

所述的半导体激光器为的窄线宽激光器，线宽为1.9MHz，波长1550nm，输出连续光功率为30mW。

所述的脉冲激光器为光纤激光器，脉宽为10ns，波长为1550nm，输出脉冲光峰值功率为30w。