[发明专利]基于布里渊光纤传感的温度及应力的解调方法、装置及系统

说明书

本发明公开了一种基于布里渊光纤传感的温度及应力的解调方法、装置及系统，包括窄谱光源；窄谱光源发出的光经耦合器1输出，一部分光作为参考光，另一部分光经EOM调制成脉冲光，脉冲光经光放大器EDFA1放大，由光纤光栅1滤除自发热辐射噪声后注入环形器2的端口1，经端口2被光纤光栅2全反射而从端口3输出，随即进入传感光纤；光在传播时产生的背向散射光由环形器2的端口4输出，再经光放大器EDFA2及光纤光栅3滤除自发热辐射噪声，在光电检测器1中与参考光进行相干检测。对两激光器的频率进行连续调节的同时，通过检测从光纤一端耦合出来的连续光的功率，就可确定光纤各小段区域上能量转移达到最大时所对应的频率差，从而得到温度信息。

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，尤其是基于布里渊光纤传感的温度及应力的解调方法、装置及系统。

背景技术

光纤传感技术始于1977年，伴随光纤通信技术的发展而迅速发展起来的，光纤传感技术是衡量一个国家信息化程度的重要标志；光纤传感技术已广泛用于军事、国防、航天航空、工矿企业、能源环保、工业控制、医药卫生、计量测试、建筑、家用电器等领域有着广阔的市场；世界上已有光纤传感技术上百种，诸如温度、压力、流量、位移、振动、转动、弯曲、液位、速度、加速度、声场、电流、电压、磁场及辐射等物理量都实现了不同性能的传感。

由于自发布里渊后向散射信号非常微弱，并包含有大量随机噪声和相位噪声，且布里渊光纤传感系统所能达到的温度及应力测量精度与测量范围有限。因此，针对上述问题提出基于布里渊光纤传感的温度及应力的解调方法、装置及系统。

发明内容

基于布里渊光纤传感的温度及应力的解调方法、装置及系统，包括窄谱光源；

窄谱光源发出的光经耦合器1输出，一部分光作为参考光，另一部分光经EOM调制成脉冲光，脉冲光经光放大器EDFA1放大，由光纤光栅1滤除自发热辐射噪声后注入环形器2的端口1，经端口2被光纤光栅2全反射而从端口3输出，随即进入传感光纤；光在传播时产生的背向散射光由环形器2的端口4输出，再经光放大器EDFA2及光纤光栅3滤除自发热辐射噪声，在光电检测器1中与参考光进行相干检测；为保证两路光的偏振态很好的匹配，在参考光路中加入PC来扰乱光信号的线偏振态，光电检测器1输出的电信号只包括布里渊频移信号，直流及二次谐波分量均被滤除。

进一步地，宽谱光源发出的光经光纤光栅2透射后从环形器2的端口3 输出，经耦合器2注入传感光纤，瑞利散射光经分光比95：5的耦合器2进入光电检测器2，使用数据采集及处理单元对信号进行分析处理。

进一步地，通过测量沿光纤长度方向的布里渊散射光的频移和强度，就可以得到光纤的温度和应变信息，由温度和应变引起的布里渊频移和强度的变化可用矩阵表示为：

式中VVB表示布里渊散射的频移，VPB表示布里渊散射的强度，CvBz和 CvBT分别为布里渊散射频移的应变和温度系数，CPBz和CPBT分别为布里渊散射强度的应变和温度系数，Vz表示光纤所受的应变，VT表示光纤的温度。

进一步地，布里渊散射光的强度同样会受温度和应变的影响，有下式：

其中，△PB；为布里渊强度的变化，△T为温度变化量，△ε为应变变化量，CPε为布里渊强度应变系数，CPT为布里渊强度温度系数。

进一步地，布里渊散射的频移、强度与温度、应变的定量、定性关系，建立如下关系模型：

v_B＝v_B0+Cv_TΔT+CvεΔε

P_B＝P_B0+C_PT△T+C_PεΔε