[发明专利]基于瑞利散射和拉曼散射的多参数分布式光纤传感系统

说明书

技术领域

    本发明涉及一种光纤传感技术，尤其涉及一种基于瑞利散射和拉曼散射的多参数分布式光纤传感系统。

背景技术

随着技术的进步，用长距离传感光纤来进行温度、振动监测的技术已日趋成熟，但现有技术中，温度监测和振动监测需要采用两套独立的监测系统，从全局来看，现有技术的监测方式不仅成本较高，而且监测系统之间的数据共享也是一大问题；如果能将温度监测和振动监测合二为一，不仅可以大幅降低系统搭建成本（尤其是可以缩减长距离传感光纤的用量及相应的铺设成本），而且可以使温度监测数据和振动监测数据实时互通，使后期数据处理更加便捷、高效，有利于系统对数据的综合利用，提高定位的准确性和时效性。

发明内容

针对背景技术中的问题，本发明提出了一种基于瑞利散射和拉曼散射的多参数分布式光纤传感系统，其结构为：所述多参数分布式光纤传感系统由光源提供装置、三端口环形器、拉曼波分复用器、第一光电探测器、第二光电探测器、数据采集卡和长距离传感光纤组成；所述光源提供装置的输出端与三端口环形器的输入端光路连接；三端口环形器的输出端与拉曼波分复用器的第一公共端连接，三端口环形器的收发复用端与第一光电探测器连接；拉曼波分复用器的第二公共端和第三公共端都连接至第二光电探测器，拉曼波分复用器的第四公共端与长距离传感光纤的一端连接；第一光电探测器和第二光电探测器的输出端都连接至数据采集卡；长距离传感光纤铺设在待测空间内。

本发明的原理是：光源提供装置输出的检测光通过三端口环形器和拉曼波分复用器后注入长距离传感光纤内，并在长距离传感光纤内分别激发出后向瑞利散射光和后向拉曼散射光，其中，后向瑞利散射光通过第一公共端返回至三端口环形器内并从三端口环形器的收发复用端进入第一光电探测器，同时，后向拉曼散射光中的斯托克斯光和反斯托克斯光分别通过第二公共端和第三公共端进入第二光电探测器内；针对温度监测：当外界温度的变化作用在长距离传感光纤上时，将会引起光脉冲宽度范围内的拉曼散射光强发生变化，进而导致拉曼散射中的反斯托克斯光的光强发生变化，此时就能以斯托克斯光作为参考光解调出反斯托克斯光中携带的温度信息，对多个采样周期采集到的信号进行累加平均处理就能得出温度变化的位置信息；针对振动监测：当外界振动作用在长距离传感光纤上时，将会引起光脉冲宽度范围内后向瑞利散射光的相位发生变化，进而导致后向瑞利散射光的光强也发生变化，对多个采样周期采集到的大量信号进行移动平均处理，可以得出振动的位置信息，取出振动位置的时域信号，对其做非均匀傅里叶变换，就可以得出振动的频率信息。其中，拉曼波分复用器的四个公共端可通过选择不同工作波长来实现对拉曼散射光和瑞利散射光的选通，此为本领域技术人员所应该掌握的基本技能。

本发明的创新点为：基于后向瑞利散射原理的振动测量技术和基于后向拉曼散射原理的温度测量技术均为光纤传感领域中的常见技术，本发明的创新点不在于测量原理本身，本发明的核心创新点在于将基于两种测量原理的监测系统合二为一，由一套监测系统实现对温度和振动两种参量的同时在线监测，大大的缩减了长距离传感光纤的用量及相应的铺设成本，即使在同一位置处同时出现温度变化和振动变化，由于本发明的监测系统对温度和振动的测量是基于两种不同的测量原理，两种监测数据之间不存在相互干扰的问题。

优选地，所述光源提供装置由光源、偏振控制器、声光调制器、掺铒放大光纤和光滤波器组成；光源、偏振控制器、声光调制器、掺铒放大光纤和光滤波器五者顺次连接；其中，光滤波器的输出端与三端口环形器的输入端光路连接。光源采用激光器，激光器输出的光经偏振控制器和声光调制器处理后被调制为脉冲光，然后经掺铒放大光纤放大和光滤波器消噪后输出至三端口环形器。

优选地，所述声光调制器和数据采集卡都与一函数发生器连接，函数发生器用于控制声光调制器和数据采集卡的动作。

优选地，所述长距离传感光纤的另一端设置有一波分复用器，所述波分复用器与一泵浦光源连接；波分复用器用于将泵浦光源的输出光导入长距离传感光纤中，泵浦光源输出的光用于对长距离传感光纤中产生的后向瑞利散射光进行放大。

优选地，所述第一公共端的工作波长与后向瑞利散射光的中心波长匹配（一般为1550nm）；第二公共端和第三公共端的工作波长分别与斯托克斯光（一般为1660nm）和反斯托克斯光（一般为1450nm）的中心波长匹配。

本发明的有益技术效果是：能同时对监测环境内的温度和振动信息进行监测，系统搭建成本大幅降低，便于系统对温度和振动信息进行综合利用。

附图说明

图1、本发明的原理示意图；