[发明专利]实现振动和温度同时测量的分布式光纤传感系统及方法

权利要求书

1.一种实现振动和温度同时测量的分布式光纤传感系统，其特征在于，包括窄线宽激光器(1)、可调谐激光器(2)和光栅阵列(9)；所述窄线宽激光器(1)和可调谐激光器(2)发出的激光经激光放大器后所得探测脉冲光传输至光环行器一(8)；所述光环行器一(8)还连接有所述光栅阵列(9)和光环行器二(10)；所述光环行器二(10)连接至强反射光栅(11)和非平衡马赫-曾德干涉仪(13)；所述强反射光栅(11)和非平衡马赫-曾德干涉仪(13)均连接至光电探测器；

所述光环形器一(8)，用于将探测脉冲光由第一端口输入，并由第二端口注入至光栅阵列(9)，光栅阵列(9)的反射光脉冲再从光环形器一(8)的第三端口输出至光环行器二(10)；

所述光环行器二(10)，用于将光环形器一(8)输出的反射光脉冲由第一端口输入，再从光环行器二(10)的第二端口输出至强反射光栅(11)，强反射光栅(11)的反射脉冲从第三端口输出至非平衡马赫-曾德干涉仪(13)；

所述强反射光栅(11)，用于通过可调谐激光器(2)的探测脉冲光，反射窄线宽激光器(1)的探测脉冲光，反射回来的窄线宽激光器(1)的探测脉冲光经光环行器二(10)的第三端口输出至所述非平衡马赫-曾德干涉仪(13)；

所述非平衡马赫-曾德干涉仪(13)，用于将光栅阵列(9)中相邻光栅的反射脉冲产生干涉，并将干涉光分相位输出至不同的光电探测器。

2.根据权利要求1所述的实现振动和温度同时测量的分布式光纤传感系统，其特征在于，所述窄线宽激光器(1)用于发出连续高相干激光；所述可调谐激光器(2)用于依次发出不同波长的连续扫频激光。

3.根据权利要求1所述的实现振动和温度同时测量的分布式光纤传感系统，其特征在于，所述激光放大器包括半导体激光放大器一(3)、半导体激光放大器二(4)、脉冲信号发生器(5)和掺铒光纤放大器(7)；

所述半导体激光放大器一(3)连接所述脉冲信号发生器(5)，用于将窄线宽激光器(1)输出的连续光调制成探测光脉冲，并输出至光纤耦合器(6)；

所述半导体激光放大器二(4)，连接所述脉冲信号发生器(5)，用于将可调谐激光器(2)输出的连续光调制成探测光脉冲，并输出至光纤耦合器(6)；

所述光纤耦合器(6)将耦合的探测光脉冲输入至掺铒光纤放大器(7)。

4.根据权利要求1所述的实现振动和温度同时测量的分布式光纤传感系统，其特征在于，所述光栅阵列(9)为啁啾光纤光栅阵列，相邻光栅以固定间距设置。

5.根据权利要求1所述的实现振动和温度同时测量的分布式光纤传感系统，其特征在于，所述强反射光栅(11)为中心波长与窄线宽激光器(1)发出激光波长一致的窄带光栅。

6.根据权利要求1所述的实现振动和温度同时测量的分布式光纤传感系统，其特征在于，所述非平衡马赫-曾德干涉仪(13)的一个臂设有长度为2L的延时光纤，L为光栅阵列中相邻光栅的间距；相邻啁啾光纤光栅反射的脉冲光在非平衡马赫-曾德干涉仪(13)内产生干涉，干涉信号经过一个3×3耦合器分成相位差120°的三路信号，三路信号输入至三个光电探测器。

7.一种根据权利要求1-6中任一项所述的实现振动和温度同时测量的分布式光纤传感系统的分布式光纤传感方法，其特征在于，包括如下步骤：

窄线宽激光器(1)和可调谐激光器(2)发出的激光经放大所得探测脉冲光传输至光环行器一(8)；

所述光环行器一(8)将探测脉冲光注入至光栅阵列(9)，光栅阵列(9)的反射光脉冲再经光环形器一(8)输出至光环行器二(10)；

所述光环行器二(10)将光环形器一(8)输出的反射光脉冲注入至强反射光栅(11)；

所述强反射光栅(11)通过可调谐激光器(2)的探测脉冲光，并输出至光电探测器一(12)，得到不同波长下光栅阵列(9)的反射信号，对不同波长反射信号的强度值进行拟合，还原出光栅阵列(9)的反射光谱，通过反射光谱的变化检测光栅阵列(9)周围的温度变化，实现分布式的温度传感；

所述强反射光栅(11)反射窄线宽激光器(1)的探测脉冲光，反射回来的窄线宽激光器(1)的探测脉冲光经光环行器二(10)输出至所述非平衡马赫-曾德干涉仪(13)；

所述非平衡马赫-曾德干涉仪(13)，将光栅阵列(9)中相邻光栅的反射脉冲产生干涉，并将干涉光分相位输出至不同的光电探测器，通过解调干涉信号的相位变化从而还原出光栅阵列(9)周围的振动信号，实现分布式的振动传感。