[发明专利]用于光纤分布式测量的光电装置

说明书

本发明涉及一种用于光纤分布式测量的光电装置，所述装置包括：连续光源(1)，以第一频率ν₀发射连续光信号；声‑光调制器(6)，能够将所述连续信号转换为用于注入到待测光纤(15)中的脉冲信号；以及光检测模块(10)，能够检测反向散射信号，所述反向散射信号源于来自所述待测光纤(15)的瑞利反向散射和自发布里渊反向散射，所述装置的特征在于，所述装置还包括第一耦合器(3)和第二耦合器(9)，所述第二耦合器(9)能够将本地振荡器的信号与来自所述待测光纤(15)的反向散射信号混合，然后将所述反向散射信号传输到光检测模块(10)，所述反向散射信号至少以等于ν₀‑ν_bref+ν_A+ν_bAS的频率ν_rB进行调制，其中ν_bAS是反斯托克斯布里渊(反向散射)频率，并且优选地也以能够在所述光纤(15)的任意点z处测量的瑞利反向散射的等于ν₀+ν_A的频率ν_rR被调制，并且所述光检测模块(10)能够将接收到的反向散射信号传输至处理模块(12)，所述处理模块能够将所述反斯托克斯布里渊频率ν_bAS与所述待测光纤(15)的任意点z处的变形值和温度值相关联。

技术领域

本发明涉及一种用于光纤分布式测量的光电装置。更具体地，本发明涉及一种能够测量布里渊(Brillouin)和瑞利(Rayleigh)反向散射谱的参数的光电装置，并且该光电装置可以包括能够分离温度的分布式测量和变形的分布式测量的器件。

这种装置可用于永久监控土木工程或石油工业中系统和结构的完整性和安全性。

背景技术

用于光纤分布式测量的光电装置通常用于实时测量大型基础设施的温度和变形，以监控其结构健康状况并确保其维护。每次测量时，它们提供连接到它们的光纤的任何点的温度和变形信息。测量通常在几米到几十公里的范围内进行，并且具有米制或甚至厘米的分辨率。因此，例如，可以在长度为20公里的工程上每米进行一次测量。

利用布里渊反向散射现象的用于光纤分布式测量的光电装置是已知的，并已用于土木工程中的温度和变形测量应用。这些系统对于监视诸如桥梁、水坝、液压土坝或流体输送网络(水，碳氢化合物，天然气)的线性工程特别有利，以控制地面运动(滑动，沉降)或埋管是否变形。

为了能够以米制空间分辨率分析几十公里内强度的变化，测量系统通常使用光学时间反射仪OTDR(“Optical Time Domain Reflectometry”的缩写)。OTDR在于在光纤中传播光脉冲，以分析和测量随时间变化的返回强度。检测反向散射光所花费的时间使得可以定位要测量的事件(沿光纤的点z的坐标)。空间分辨率则是光脉冲宽度的函数：宽度为10ns的脉冲，导致例如分辨率约为1m。借助于布里渊反向散射现象与OTDR技术的结合，实现了沿着光纤在数十公里上分布的温度和变形的测量，达到了米制甚至厘米的分辨率。