[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

说明书

本发明公开了一种基于宽频混沌激光的分布式光纤动态应变传感装置，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）。本发明利用脉冲信号发生器产生高速脉冲信号，并实现宽带微波信号源、半导体光放大器及高速数据采集与分析系统的同步控制，保证传感系统测量的准确度与实时性。

技术领域

本发明涉及分布式光纤传感系统，具体是一种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。

背景技术

分布式光纤传感是将光纤作为传感元件和传输元件，可以实现整条光纤不同位置处温度、应变等物理参量的连续分布式测量。分布式光纤传感技术作为大型建筑结构健康安全监测网络的重要一环已在石油化工、土木工程、电气传输、航空航天、交通运输等各大领域得到了广泛的应用，温度、振动及应变等多参量的实时、高精度监测成为重大研究热点。

目前，基于布里渊散射的分布式光纤传感系统由于可实现温度和应变的同时测量，且在测量精度、测量距离、空间分辨率等方面的优势，成为分布式光纤传感领域的研究重点。大型工程健康监测对应变测量提出长距离、高分辨率、大动态范围、实时快速的要求，现有技术条件下，分布式光纤动态应变监测领域针对应变测量范围与监测实时性的研究已取得了初步进展。以色列特拉维夫大学Yair Peled等人提出斜率辅助式布里渊光时域分析技术（SA-BOTDA），最终以1m的空间分辨率在20m长光纤上实现了100Hz动态应变的测量（Optics Express, 2013, 21(9):10697-10705）。为了扩展传感距离，哈尔滨工业大学董永康教授团队利用差分双脉冲和二阶边带调制（IEEE Photonics Journal, 2013, 5(3):2600407）、多重斜率辅助（Optics Express, 2016, 24(9):9781-9793）及频率捷变（IEEEPhotonics Journal, 2017, 9(3):7102908.）等多项技术在短距离保偏光纤中实现了数十赫兹应变的快速测量。同时西班牙纳瓦拉大学A. Loayssa等人利用多频率泵浦脉冲调整布里渊增益谱线性区（IEEE Photonics Journal, 2017, 9(3):6802710），拓展了应变测量动态范围；上海交通大学何祖源等人将布里渊增益与布里渊相位相融合，利用一个新参量布里渊相位-增益比来表征实现动态范围的扩展（Journal of Lightwave Technology,2017, 35(20):4451-4458）。上述技术均采用布里渊光时域分析系统，该系统将脉冲信号作为泵浦信号实现光纤沿线的定位传感，优点是测量距离较长，但受限于声子寿命，该系统的空间分辨率较低，最高仅达亚米级，无法实现长距离与高分辨率兼顾的动态应变测量。