[发明专利]基于混沌BOCDA的温度与应变同时测量装置及方法

说明书

本发明属于分布式光纤传感系统领域，公开了一种基于混沌BOCDA的温度与应变同时测量装置，包括混沌激光器、光纤耦合器、第一偏振控制器、第一电光调制器、光延迟发生器、第一光放大器、光扰偏器、传感光纤、第二偏振控制器、第二光放大器、信号发生器、第二电光调制器、第三光放大器、光环形器、滤波器、光电探测器、锁相放大器、任意脉冲函数发生器、数据采集卡和计算单元。本发明利用混沌BOCDA系统在LEAF光纤中测得的布里渊增益谱具有多峰，且各峰随温度或应变发生布里渊频移的线性系数不同的特性，在保证高空间分辨率的前提下，实现对温度和应变的同时测量。

技术领域

本发明属于分布式光纤传感系统领域，具体涉及一种基于混沌BOCDA的温度与应变同时测量装置及方法，用于实现对温度与应变的同时测量。

背景技术

光纤传感技术是以光纤作为信号传感与传输介质，与传统传感器相比，光纤具有体积小、灵敏度高、抗电磁干扰能力强等优势，因而光纤传感技术一经出现就引起了人们的重视，在国防、军事、航天航空、计量测试等领域得到了广泛的应用。

分布式光纤传感系统主要包括基于瑞利散射效应、基于拉曼散射效应和基于布里渊散射效应三种传感系统。其中，基于布里渊散射效应的分布式光纤传感系统因其能够实现光纤沿线不同位置处温度和应变信息的测量，已经成为光纤传感技术中最具潜力的发展方向。基于布里渊散射的光纤传感系统分为光时域系统和光相干域系统。光时域系统包括布里渊光时域反射技术(BOTDR)和布里渊光时域分析技术(BOTDA)。时域系统在传感距离方面有很大优势，可以实现长距离传感，但是受声学声子寿命的限制，空间分辨率很低，导致其应用范围受限。光相干域系统包括布里渊光相干域反射技术(BOCDR)和布里渊光相干域分析技术(BOCDA)，光相干域系统的空间分辨率取决于光源的相干长度，可以实现高空间分辨率，但无法实现长距离传感。

混沌激光作为一种低相干性的光源，被用于解决布里渊光相干域分布式光纤传感技术中传感距离和空间分辨率无法兼顾的问题。中国专利ZL201310045097.3和ZL201510531253.6提出了将混沌激光作为光源进行光纤传感，成功解决了分布式光纤传感系统中传感距离与空间分辨率无法兼顾的问题，实现了长距离、超高空间分辨率的光纤传感。但是，基于布里渊光相干域系统采用可变光延迟线实现传感光纤沿线温度或应变信息的测量，导致每次测量只能对光纤上某一点处的温度或应变信息进行测量，无法实现光纤沿线信息的连续测量。混沌相关法定位的布里渊分布式光纤传感装置及方法(中国专利：ZL201610305960.8)通过记录混沌探测光调制边带的调制频率和探测光平均功率之间的对应关系来获得布里渊增益谱，一种混沌布里渊光时域/相干域融合分析装置及方法(中国专利：ZL201710848003.4)则是利用了脉冲调制的方法，两个专利所提出的装置和方法均在混沌激光作为光源的条件下实现了长距离传感光纤温度或应变的连续测量。由于布里渊频移与温度和应变具有同一的线性变化系数，无法根据布里渊频移一个变量来同时获得温度和应变的测量。因此，同时测量温度和应变信息成为目前混沌BOCDA系统发展面临的一个瓶颈问题。基于混沌布里渊动态光栅的分布式光纤传感系统(中国专利：ZL201611002982.3)利用混沌激光在保偏光纤中产生布里渊动态光栅的方法，实现对温度和应变的同时检测。但是利用混沌布里渊动态光栅实现温度和应变同时测量的方法结构复杂，需要在传感系统中具有产生布里渊动态光栅的装置。而且，在保偏光纤中产生的布里渊动态光栅的有效光栅长度有限，难以在实际应用中得以推广。因而有必要提出一种新的装置和方法，来解决混沌激光在光纤传感系统中同时测量温度和应变的问题。

发明内容

本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种基于混沌BOCDA的温度与应变同时测量装置及方法，以实现温度与应变的同时测量。