[发明专利]多点并行的高速混沌布里渊动态应变监测装置及方法

说明书

本发明涉及分布式光纤传感领域，公开了一种多点并行的高速混沌布里渊动态应变监测装置及方法，装置包括宽带混沌激光源，宽带混沌激光源用于输出强周期宽带混沌激光，宽带混沌激光经分束器分为两束，一束作为探测光依次经单边带调制器、掺铒光纤放大器、可编程光延迟发生器后入射到传感光纤的一端；另一束作为泵浦光依次经半导体光放大器、脉冲光放大器后入射至传感光纤的另一端；从传感光纤另一端输出的光信号，经可调谐光滤波器滤除斯托克斯光后被光电探测器探测，探测信号由数据采集单元采集，然后发送至计算机进行数据处理。本发明可以实现多点并行监测，可实现长距离高分辨率兼顾的大范围动态应变实时监测。

技术领域

本发明涉及分布式光纤传感领域，具体是一种多点并行的高速布里渊混沌动态应变监测装置及方法。

背景技术

隧道、桥梁、油气管道等大型民用基础设施的快速建设，电网、光网的大范围覆盖，为建设智慧城市提供有利条件的同时也对传感监测技术提出了更高的要求。分布式光纤传感由于体积小、质量轻、抗高温高压、抗电磁干扰等优点已经从众多传感监测技术中脱颖而出。为进一步推动社会可持续发展，避免巨大经济损失、保障人民生命财产安全，分布式光纤传感对动态监测技术的需求日渐上升。

分布式光纤传感技术根据散射类型主要分为基于瑞利散射的分布式光纤传感、基于拉曼散射分布式光纤传感和基于布里渊散射分布式光纤传感。相比于其他两种技术，基于布里渊散射的传感系统可以实现光纤沿线温度和应变信息的同时监测，且测量精度高、距离长、空间分辨率高，因此其成为实现动态参量测量的一大研究热点。

目前，研究人员已经通过快速扫描探测光频率解调布里渊增益谱，实现了分布式布里渊动态应变测量。例如：免扫频的布里渊光时域分析技术（A. Voskoboinik, et al.,Opt. Express2011, 19(26): B842-B847,）以及快速捷变频的布里渊光时域分析技术（Y.Peled, et al., Opt. Express2012, 20(8): 8584-8591,）。然而，上述技术使用高性能的任意波形发生器实现光波频率的快速切换，成本高不利于实际应用，且布里渊光时域系统利用光脉冲信号激发声波场，实现光纤沿线应变的定位和提取，受光纤声学声子寿命（10ns）的限制，空间分辨率难以突破1m。相比之下布里渊光相关域分析（BOCDA）技术利用连续光进行应变测量，空间分辨率可达厘米量级。例如：基于混沌激光的单斜率辅助BOCDA技术（Y.H. Wang, et al., Opt. Lett.2020, 45(7): 1822-1825,）以及基于双斜率辅助的BOCDA技术（B. Wang, et al., J. Lightwave Technol. 2019, 37(18): 4573-4583,）。动态应变实时转化为探测光功率的变化，装置简单、成本低廉、适应性强，然而系统通过控制单个相关峰来实现光纤沿线应变信息的定位，致使每次只能对光纤上一点进行测量，难以满足长距离高速动态应变测量需求。现有技术中，基于正弦调制结合时域数据处理的BOCDA技术中，相关峰的位置由正弦调制频率控制以实现传感位置的随机访问。通过改变调制频率，扫描各个相关峰的位置，对整个传感光纤（FUT）进行分布式测量。由于调制频率变化会引起各相关峰间距的改变，因此相关峰位置偏移量不是恒定的，其随相关峰阶数的增加而增加。这一特性会引入位置扫描误差，系统定位精度差，空间分辨率恶化。