[发明专利]基于泵浦脉冲扫频的动态布里渊光时域分析系统

说明书

本发明提供一种基于泵浦脉冲扫频的动态布里渊光时域分析系统，该系统将激光器输出的激光信号分成两路，一路激光信号利用微波源进行调制形成探测光，利用第一滤波器滤除探测光的高频部分，随后将滤波后的探测光传输给传感光纤；另一路激光信号，首先采用任意波形发生器按照预设规则产生对应的输出波形，利用输出波形对该路激光信号进行调制，形成泵浦脉冲，基于受激布里渊散射，泵浦脉冲中部分能量转移到探测光中，随后对泵浦脉冲和探测光中的频差进行扫描，从而获得传感光纤的布里渊增益谱，拟合得到布里渊频移，由此可以减少布里渊光时域分析系统的测量时间，实现布里渊光时域的动态分析。

技术领域

本发明属于分布式光纤传感领域，具体涉及一种基于泵浦脉冲扫频的动态布里渊光时域分析系统。

背景技术

分布式光纤传感是一种新型的传感技术，传感距离可以从几百米到上百公里。分布式光纤传感因具有抗电磁干扰、高的灵敏度以及长的传感距离等优点在石油管道监护、周界安放等领域得到了广泛的应用。

分布式光纤传感中应用较广的一类是布里渊光时域分析系统，布里渊光时域分析时基于受激布里渊散射的一种分析方式。具体地，探测光和泵浦光分别在传感光纤的两端输入，当两束光的频差在传感光纤的布里渊增益谱范围内时，一部分泵浦光的能量就会转移到探测光。通过对两束光的频差进行扫描，就可以得到光纤的布里渊增益谱，从而拟合得到布里渊频移；由于传感光纤的布里渊频移与光纤受到的温度、应变呈线性关系，因此通过探测传感光纤的布里渊频移就可以测量光纤周围的温度和应变。然而，布里渊光时域分析的扫频是一个相对缓慢的过程，同时又需要多次测量平均以提高信噪比，因此布里渊光时域系统多用于静态探测。振动信号是健康监测、石油化工安全监测等领域获取有效信息的重要途径之一，因此传统的布里渊光时域分析系统不能满足日益增长的动态测量需求。

发明内容

本发明提供一种基于泵浦脉冲扫频的动态布里渊光时域分析系统，以解决目前分布式光纤传感器无法进行动态测量的问题。

根据本发明实施例的第一方面，提供一种基于泵浦脉冲扫频的动态布里渊光时域分析系统，其特征在于，包括激光器、耦合器、第一电光调制器、第二电光调制器、微波源、任意波形发生器、第一滤波器、环形器和传感光纤，所述激光器的输出端与所述耦合器的输入端连接，所述耦合器的第一输出端连接所述第一电光调制器的第一输入端，所述第一电光调制器的第二输入端连接所述微波源，输出端通过所述第一滤波器与所述传感光纤的第一端连接；所述耦合器的第二输出端连接所述第二电光调制器的第一输入端，所述第二电光调制器的第二输入端连接任意波形发生器，输出端连接所述环形器的第一端，所述环形器的第二端连接所述传感光纤的第二端，所述环形器的第三端与分析处理装置连接；

所述激光器通过所述耦合器将其输出的激光信号分成两路，其中一路激光信号传输至所述第一电光调制器，所述第一电光调制器根据所述微波源提供的微波信号，将该路激光信号调制成探测光，所述第一滤波器滤除所述探测光的高频部分并将滤波后的探测光传输给所述传感光纤的第一端；另一路激光信号传输至所述第二电光调制器，所述第二电光调制器根据所述任意波形发生器的输出波形，将该路激光信号调制成泵浦脉冲，并通过所述环形器将所述泵浦脉冲传输给所述传感光纤的第二端；

所述传感光纤根据所述泵浦脉冲以及所述滤波后的探测光，基于受激布里渊散射对外界环境进行感测并通过所述环形器将感测信号传输给所述分析处理装置，由所述分析处理装置对所述感测信号进行扫频，以动态分析所述传感光纤感测到的时域信息；所述任意波形发生器的输出波形包括长脉冲和短脉冲，且其波形根据所述长脉冲和短脉冲的预设脉冲宽度、相邻脉冲之间的预设时间间隔以及所述扫描的起始频率、频率扫描步长来决定。

在一种可选的实现方式中，所述相邻脉冲之间的预设时间间隔由所述传感光纤的长度决定，其大于2倍所述泵浦脉冲在所述传感光纤中的传输时间。

在另一种可选的实现方式中，所述扫描的起始频率大于两倍的所述传感光纤的布里渊增益谱带宽。