[发明专利]一种灵敏度增强的分布式布里渊光纤弯曲传感器

说明书

本发明公开了一种灵敏度增强的分布式布里渊光纤弯曲传感器，包括耦合器、第一偏振控制器、第二偏振控制器、第一马赫曾德尔调制器、第二马赫曾德尔调制器、波形发生器、扰偏器、第一波分复用器、第一泵浦光源、掺铒光纤放大器、少模掺铒光纤、第二波分复用器、第一光纤环形器、隔离器、第二泵浦光源、第二光纤环形器、光纤布拉格光栅滤波器、光电探测器和示波器。本发明通过使用高功率光源对掺铒环芯少模光纤进行泵浦，使其产生自发辐射光谱，对光纤中传输的信号光进行放大，以弥补光纤弯曲产生的损耗，实现更大弯曲半径探测范围，增强弯曲半径探测灵敏度。

技术领域

本发明属于光学技术领域，尤其是指一种灵敏度增强的分布式布里渊光纤弯曲传感器。

背景技术

在过去的几十年中，光纤传感器因其结构紧凑、成本低、传感范围长、耐腐蚀、抗电磁干扰等优点得到了广泛的研究。分布式光纤传感器能够在一根光纤上实现连续多点测量，具有测量距离长、布线简单等优势。布里渊光时域分析技术是分布式光纤传感技术的一种，它能够测量绝对物理量的变化，具有测量距离长、空间分辨率高、测量精度高、信噪比高等优势，在桥梁隧道、石油管道、地铁城轨、电力电线和航空航天等领域具有重要应用价值。

基于分布式光纤传感技术如何实现弯曲传感是科研人员一直想解决的问题。现有利用布里渊光时域分析技术进行弯曲测量；首先将传感光纤对称地粘贴在钢卷尺的两侧，由于光纤发生弯曲时内侧和外侧光纤受力不同，通过测量内外侧光纤的布里渊频移的差值，实现弯曲传感。该方法可以排除温度交叉敏感性，但是单模光纤弯曲损耗较大，导致可测量的半径小且灵活度差。

发明内容

本发明的目的在于针对上述问题，提供一种分布式布里渊光纤弯曲传感器。本发明通过使用高功率光源对掺铒环芯少模光纤进行泵浦，使其产生自发辐射光谱，对光纤中传输的信号光进行放大，以弥补光纤弯曲产生的损耗，实现更大弯曲半径探测范围，增强弯曲半径探测灵敏度。

本发明的目的可采用以下技术方案来达到：

一种灵敏度增强的分布式布里渊光纤弯曲传感器，包括耦合器、第一偏振控制器、第二偏振控制器、第一马赫曾德尔调制器、第二马赫曾德尔调制器、波形发生器、扰偏器、第一波分复用器、第一泵浦光源、掺铒光纤放大器、少模掺铒光纤、第二波分复用器、第一光纤环形器、隔离器、第二泵浦光源、第二光纤环形器、光纤布拉格光栅滤波器、光电探测器和示波器；所述耦合器的第一输出端通过第一偏振控制器与第一马赫曾德尔调制器的第一输入端连接，所述第一马赫曾德尔调制器的第二输入端与波形发生器和直流源连接，所述第一马赫曾德尔调制器的输出端通过扰偏器与掺铒光纤放大器的输入端连接，掺铒光纤放大器的输出端与第一光纤环形器的第一输入端连接；光纤激光器发出激光，通过光耦合器分成泵浦脉冲光和连续探测光；泵浦脉冲光经过第一马赫曾德尔调制器后，由直流源和波形发生器驱动，产生两个不同脉宽的脉冲；然后泵浦光经过扰偏器而偏振态随机化，再经过掺铒光纤放大器放大，获得增益后经过环形器产生进入第一光纤环形器；

耦合器的第二输出端通过第二偏振控制器与第二马赫曾德尔调制器的第一输入端连接，第二马赫曾德尔调制器的第二输入端与射频源和直流源连接；第二马赫曾德尔调制器的第一输出端通过隔离器与第一波分复用器的输入端连接，第二马赫曾德尔调制器的第二输出端通过隔离器与第一泵浦光源的输入端连接；第一波分复用器的输出端通过少模掺铒光纤与第二波分复用器的输入端连接，第二波分复用器的第一输出端与第二泵浦光源连接，第二波分复用器的第二输出端与第一光纤环形器的第二输入端连接；第一光纤环形器的输出端与第二光纤环形器的第一输入端连接，第二光纤环形器的第二输入端与光纤布拉格光栅滤波器的输出端连接，第二光纤环形器的输出端通过光电探测器与示波器连接；连续探测光经第二马赫曾德尔调制器被调制成载波被抑制双边带波探测光，再经第一波分复用器进入少模掺铒光纤，同时第一泵浦光源经过第一波分复用器输入少模掺铒光纤；在第二泵浦光源通过第二波分复用器对少模掺铒光纤进行泵浦，使少模掺铒光纤产生自发辐射光谱，从而对传输的泵浦脉冲光和连续探测光进行放大，以弥补弯曲产生的光损耗。