[发明专利]基于差分脉冲对与拉曼放大的温度或应变的传感器和方法

说明书

本发明公开了基于差分脉冲对与拉曼放大的温度或应变的传感器，包括分布式反馈激光器；所述分布式反馈激光器连接第一耦合器，所述第一耦合器连接第一偏振控制器和第二偏振控制器，所述第一偏振控制器、第一掺铒放大器、脉冲调制模块、第二掺铒放大器、带通滤波器、环形器依次连接，所述环形器分别连接第二耦合器和传感光纤，所述拉曼激光源、波分复用器和传感光纤依次连接，所述第二偏振控制器、移频模块、扰偏器和第二耦合器依次连接，所述第二耦合器连接平衡探测器和数据采集处理模块。本发明提高了空间分辨率和测量精度。

技术领域

本发明涉及光纤传感领域，尤其涉及基于差分脉冲对与拉曼放大的温度或应变的传感器和方法。

背景技术

当光纤在受到应力、温度、电场、磁场等外界环境因素的影响时，光纤中传输的光波的表征参量如强度、相位、频率、偏振态等会发生相应变化，通过检测这些参量的变化，就可以获得外界被测参量的信息，实现对外界被测参量的传感功能，这种技术被称为光纤传感技术。

有些被测对象往往不是一个点或者几个点，而是呈一定空间分布的场，如温度场、应力等，这一类被测对象不仅涉及距离长、范围广，而且呈现三维空间连续性分布，此时单点甚至多点准分布式传感已经难以胜任多参量检测，全分布式光纤传感系统应运而生。在分布式光纤传感系统中光纤既作为信号传输介质，又是传感单元；即它将整根光纤作为传感单元，因而可以测量光纤沿线任意位置的应力或温度变化，进行全分布式测量。

与传统的电类或者机械类传感器相比，光纤传感器具有灵敏度高，抗电磁干扰，体积小，损耗低以及可进行远距离分布式测量的优。自20世纪70年代以来，光纤传感技术得到了广泛的发展，根据被测信号的不同，全分布式光纤传感器可以分为基于光纤中的瑞利散射，拉曼散射和布里渊散射三种类型。其中布里渊光时域反射(BOTDR)技术是目前研究较为热门的全分布式光纤传感技术。

当光纤收到温度或者应变影响时，光波在其中产生的布里渊散射光信号的频率会发生偏移，被称为布里渊频移；同时布里渊散射光信号的功率会发生变化。频移和功率变化的大小与光纤所示温度变化、应变的大小成正比。布里渊光时域反射(BOTDR)技术通过向光纤中注入脉冲光信号，并测量脉冲光信号在光纤中传播过程中连续产生的布里渊散射光信号的频移和功率变化，然后通过自发布里渊散射光信号功率或者频移的变化量与温度和应变变化的线性关系来进行全分布式传感。

传统的基于布里渊光时域反射(BOTDR)系统的空间分辨率受限于探测脉冲线宽，等于探测脉冲线宽的一半；当脉冲线宽比声子寿命(10ns)还短时，布里渊增益的减少会使布里渊频移测量的准确性降低，进而影响传感精度，这使得空间分辨率限制在1m以内。

拉曼放大技术同样是相光纤中注入泵浦光信号。拉曼泵浦光信号经过波分复用器输入光纤中，与光纤中传输的信号光作用，从此提高信号光功率，从而对信号光的光纤线性损耗进行补偿，提升传感器系统的信噪比与测量精度。

发明内容

有鉴于此，本发明的实施例提供了一种高空间分辨率和高测量精度的基于差分脉冲对与拉曼放大的温度或应变的传感器和方法。