[发明专利]一种基于非对称双芯光纤的多参量分布测量系统

说明书

本发明涉及多参量分布式测量系统技术领域，特指一种基于非对称双芯光纤的多参量分布式测量系统，包括宽带光源、脉冲调制器、第一耦合器、双芯光纤耦合器、双芯光纤、第一环形器、第二环形器、第二耦合器、光纤延迟线、第一陷波滤波片、第二陷波滤波片、第一光电二极管、第二光电二极管、第三光电二极管、信息采集单元与计算机。本发明通过非对称双芯光纤的轴上芯与表层芯对温度与应变的敏感系数不同的特点，利用双芯的瑞利散射信号构建温度和应变求解矩阵；利用弱光栅阵列对全光纤范围内的瑞利散射进行空间分段定位，以提高传感系统的空间分辨率和测量精度，实现对温度和应变的同时精确测量和其在区间内的精确定位。

技术领域

本发明涉及多参量分布式测量系统技术领域，特指一种基于非对称双芯光纤的多参量分布式测量系统。

背景技术

随着科学技术的发展和物联网应用要求的提高，光纤传感网络正在向大容量和多参量测量方向发展，基于瑞利散射、布里渊散射、拉曼散射的分布式光纤传感网络为高电压、强磁场干扰、大电流、复杂几何空间、易燃、易爆等恶劣环境的空间上连续分布各点的温度、应变等物理参量的测量提供了可行的新手段，分布式光纤传感技术是伴随着光时域反射技术(OTDR)的产生而发展起来的，比如：利用光时域反射技术测量后向的瑞利散射信号的强度和偏振态来监测温度/应变；利用光时域反射技术测量后向的拉曼散射信号的强度来监测温度；利用光时域反射技术测量布里渊散射信号的强度和频移来监测温度/应变。

受限于技术原理，基于布里渊散射的分布式光纤传感器和基于拉曼散射的分布式光纤传感器响应速度与空间分辨率都较低，不适合许多应用场合对于事故快速响应的监测要求，复杂昂贵的系统也限制了两类分布式测量技术的工程化应用。基于瑞利散射的分布式光纤传感器响应速度快、灵敏度高，开始受到重视。然而，基于单模光纤瑞利散射的分布式光纤传感系统以微弱的背向瑞利散射信号为信息载体，系统的信噪比较低，测量精度与空间分辨率低，传感功能比较单一，难以实现对温度和应变的定量检测等，制约了基于瑞利散射的分布式光纤传感技术的发展。特别是由于光纤对温度与应变的交叉敏感，通过另外加一根只感温光纤的方式很难保证该光纤不受到应力的扰动，温度补偿光栅与测量光栅的位置偏差等都会造成测理精度难以保证，在工程应用中存在困难。目前还没有看到能采用弱光纤光栅阵列对光纤沿线所有位置同时进行应变和温度连续分布式光纤传感检测的报道。若能同时对应变、温度等测量进行长距离快速分布式精确监测，则可大大减少监测成本，并提高监测的有效性和可靠性。因此，有必要寻求创新的传感机理与方法，满足实际应用的需求。

发明内容

针对以上问题，本发明提供一种基于非对称双芯光纤的多参量分布式测量系统，可以实现温度、应变信号的高空间分辨率、高精度分布式测量。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于非对称双芯光纤的多参量分布式测量系统，包括宽带光源、脉冲调制器、第一耦合器、双芯光纤耦合器、双芯光纤、第一环形器、第二环形器、第二耦合器、光纤延迟线、第一陷波滤波片、第二陷波滤波片、第一光电二极管、第二光电二极管、第三光电二极管、信息采集单元与计算机，双芯光纤包括轴上芯与表层芯，轴上芯与表层芯上分别设有弱光栅阵列。

进一步而言，所述宽带光源连接于脉冲调制器，脉冲调制器连接于第一耦合器的第一耦合器输入端，第一耦合器的第一耦合器第一输出端连接于第一环形器的第一环形器第一端口，第一环形器的第一环形器第二端口连接于双芯光纤耦合器的双芯光纤耦合器第一输入端，双芯光纤耦合器的双芯光纤耦合器第一输出端耦合于双芯光纤的轴上芯中，双芯光纤耦合器的双芯光纤耦合器第二输出端耦合于双芯光纤的表层芯中。

进一步而言，所述第一环形器的第一环形器第三端口连接于第二耦合器的第二耦合器第一输入端，第二耦合器的第二耦合器第一输出端通过第一光电二极管连接于信息采集单元的信息采集单元第一端口，第二耦合器的第二耦合器第二输出端通过第一陷波滤波片与第二光电二极管连接于信息采集单元的信息采集单元第二端口。