[发明专利]基于宽频混沌激光的分布式光纤动态应变传感装置及方法

权利要求书

1.一种基于宽频混沌激光的分布式光纤动态应变传感装置，其特征在于：包括宽频混沌激光源（1）、1×2光纤耦合器（2）、第一偏振控制器（3）、高速电光调制器（4）、可编程光延时发生器（5）、第一光放大器（6）、光扰偏器（7）、光隔离器（8）、传感光纤（9）、光环行器（10）、第二光放大器（11）、半导体光放大器（12）、第二偏振控制器（13）、脉冲信号发生器（14）、宽带微波信号源（15）、高速数据采集与分析系统（16）、光电探测器（17）、可调谐光滤波器（18）；

其中，宽频混沌激光源（1）的输出端与1×2光纤耦合器（2）的输入端连接；1×2光纤耦合器（2）的第一个输出端与第一偏振控制器（3）输入端连接；第一偏振控制器（3）输出端与高速电光调制器（4）的光纤输入端连接；宽带微波信号源（15）的射频输出端通过高频同轴电缆与高速电光调制器（4）的射频输入端连接；高速电光调制器（4）的光纤输出端通过单模光纤跳线与可编程光延时发生器（5）的输入端连接；可编程光延时发生器（5）的输出端通过单模光纤跳线与第一光放大器（6）的输入端连接；第一光放大器（6）的输出端通过单模光纤跳线与光扰偏器（7）的输入端连接；光扰偏器（7）的输出端通过单模光纤跳线与光隔离器（8）的输入端连接；光隔离器（8）的输出端与传感光纤（9）一端连接；传感光纤（9）的另一端与光环行器（10）的反射端连接；1×2光纤耦合器（2）的第二个输出端与第二偏振控制器（13）输入端连接；第二偏振控制器（13）输出端通过单模光纤跳线与半导体光放大器（12）的输入端连接；半导体光放大器（12）的输出端通过单模光纤跳线与第二光放大器（11）的输入端连接：第二光放大器（11）的输出端通过单模光纤跳线与光环行器（10）的输入端连接；光环行器（10）的输出端与可调谐光滤波器（18）的输入端连接；可调谐光滤波器（18）的输出端通过单模光纤跳线与光电探测器（17）连接；光电探测器（17）的输出端通过高频同轴电缆与高速数据采集与分析系统（16）的数据采集端口连接；脉冲信号发生器（14）的射频输出端Ⅰ通过高频同轴电缆与半导体光放大器（12）的射频输入端连接，脉冲信号发生器（14）的射频输出端Ⅱ通过高频同轴电缆与高速数据采集与分析系统（16）的射频控制端口连接，脉冲信号发生器（14）的射频输出端Ⅲ通过高频同轴电缆与宽带微波信号源（15）的外部触发端口连接。

2.一种基于宽频混沌激光的分布式光纤动态应变传感方法，其特征在于：宽频混沌激光源（1）输出混沌激光入射到1×2光纤耦合器（2），通过1×2光纤耦合器（2）分为两路：一路作为探测光，另一路作为泵浦光；

探测光通过第一偏振控制器（3）入射到高速电光调制器（4），其中高速电光调制器（4）被宽带微波信号源（15）输出的正弦信号调制，使得探测光中心频率产生偏移；经高速电光调制器（4）移频后的光信号输入到可编程光延迟发生器（5），并通过可编程光延迟发生器（5）调节探测光的光程，然后入射到第一光放大器（6），通过第一光放大器（6）对探测光进行放大，然后入射到光扰偏器（7），经光扰偏器（7）后入射到光隔离器（8），经光隔离器（8）输出后，探测光注入传感光纤（9）一端；

泵浦光通过第二偏振控制器（13）入射到半导体光放大器（12），其中半导体光放大器（12）被脉冲信号发生器（14）输出的高速脉冲信号调制，经脉冲调制后的混沌光信号入射到第二光放大器（11），经第二光放大器（11）放大后输出至光环行器（10）的输入端；

相向传输的探测光与泵浦光在传感光纤（9）中的某一位置处相遇，与此同时发生受激布里渊放大作用，放大后的探测光信号经光环行器（10）环行后进入可调谐光滤波器（18），滤除无用信号只保留布里渊斯托克斯光；将滤出的光信号接入光电探测器（17）转换为电域信号，并通过高频同轴电缆传输至高速数据采集与分析系统（16）；

混沌探测光和泵浦光在传感光纤（9）相遇位置处会产生布里渊增益，通过宽带微波信号源（15）将布里渊频差锁定在布里渊增益谱线性区的中点，并用光电探测器（17）进行实时布里渊增益采集，并利用高速数据采集与分析系统（16）进行实时数据处理与分析，同时可编程光延迟发生器（5）调节探测光的光程，使得探测光和泵浦光在传感光纤（9）中的不同位置处发生受激布里渊放大作用，获取混沌布里渊增益谱信息，从而得到传感光纤任意位置处应变信息。