[发明专利]一种高空间分辨率温度和应变光纤传感系统及测量方法

权利要求书

1.一种高空间分辨率温度和应变光纤传感系统，其特征在于：包括基于布里渊散射光频域的温度应变采集系统和基于瑞利散射光频域反射的温度应变采集系统，所述基于布里渊散射光频域的温度应变采集系统包括窄线激光器（1）、第一光纤耦合器（2）、探测光路和泵浦光路、传感光纤（9）、第二波分复用器（15）、矢量网络分析装置（19），所述窄线激光器（1）将发出的1310nm的窄线激光源信号经过第一光纤耦合器（2）分为两路，一路作为探测光进入探测光路，将探测光经过处理后进入传感光纤（9），另一路作为泵浦光路，将经过电光调制后的泵浦光输入矢量网络分析装置（19）进行测量解调，随后将经过解调的泵浦光处理后再进入第二波分复用器（15）后出射进入传感光纤（9）进行受激布里渊过程，在光纤中经过受激布里渊过程后，探测光携带SBS信息经过传感光纤（9）后再经过处理进入矢量网络分析装置（19）测量，得到传感光纤的基带传输函数；

所述基于瑞利散射光频域反射的温度应变采集系统包括可调谐激光器（20）、第三光纤耦合器（21）、主干涉系统和辅干涉系统，所述可调谐激光器（20）将1550nm的激光信号经过第三光纤耦合器（21）分为两路出射，其中一路进入主干涉系统进行处理后输出后向瑞利散射光，其中基于布里渊散射光频域的温度应变采集系统的探测光和泵浦光路均进入主干涉系统，另一路进入辅干涉系统。

2.根据权利要求1所述的一种高空间分辨率温度和应变光纤传感系统，其特征在于：还包括数据采集系统（28），所述主干涉系统和辅干涉系统出射的光路均进入数据采集系统（28），所述数据采集系统（28）采集到参考数据和测试数据之后，数据处理软件通过快速傅里叶算法将数据从光频域映射到距离域，在距离域使用滑动窗口选择一小段测试光纤的距离域信息，通过反快速傅里叶算法将距离域的信息映射到光频域，并且在光频域使用互相关算法解调出这一小段光纤温度或者应力变化前后的后向瑞利散射谱波峰偏移量，最后根据波峰的偏移量计算出这一小段光纤的温度或者应变的变化量。

3.根据权利要求2所述的一种高空间分辨率温度和应变光纤传感系统，其特征在于：所述探测光路包括IQ调制器（3）、射频微波信号源（4）、第一掺铒光纤放大器（5）、光隔离器（6）、第一波分复用器（7）、末端光纤环（8），1310nm的窄线宽激光器（1）的出射端与光纤耦合器（2）的端口A1连接，光纤耦合器（2）的端口A2与IQ调制器（3）的端口B1连接；射频微波信号源（4）的射频输出端通过高频同轴电缆与IQ调制器（3）的射频入射端口B3连接；IQ调制器（3）的端口B2与第一掺铒光纤放大器（5）的入射端连接；第一掺铒光纤放大器（5）的出射端与光隔离器（6）的入射端连接；光隔离器（6）的出射端与第一波分复用器（7）的端口C1连接；第一波分复用器（7）的端口C3与末端光纤环（8）的入射端连接。

4.根据权利要求3所述的一种高空间分辨率温度和应变光纤传感系统，其特征在于：所述泵浦光路包括电光调制器（10）、第二光纤耦合器（11）、第二掺铒光纤放大器（12）、扰偏器（13）、第一环形器（14）、第一光电探测器（16）、第二光电探测器（17）、信号源（18），光纤耦合器（2）的端口A3与电光调制器（10）的端口D1连接；

电光调制器（10）的端口D2与第二光纤耦合器（11）的端口E1连接；第二光纤耦合器（11）的端口E3与第一光电探测器（16）的入射端连接；第一光电探测器（16）的出射端与矢量网络分析装置（19）的端口H2连接；

第二光纤耦合器（11）的端口E2与第二掺铒光纤放大器（12）的入射端连接；第二掺铒光纤放大器（12）的出射端与扰偏器（13）的入射端连接；扰偏器（13）的出射端与第一环形器（14）的端口F1连接；第一环形器（14）的端口F3与第二光电探测器（17）的入射端连接；第二光电探测器（17）的出射端与矢量网络分析装置（19）的端口H3连接；

第一环形器（14）的端口F2与第二波分复用器（15）的端口G1连接；第二波分复用器（15）的端口G2与传感光纤（9）的入射端连接；传感光纤（9）的出射端与第一波分复用器（7）的端口C2连接；矢量网络分析装置（19）的端口H1与信号源（18）的入射端连接；信号源（18）的出射端与电光调制器（10）的端口D3连接。