[发明专利]温度和应力同时探测的高光谱瑞利-布里渊光时域反射计

摘要

本发明公开了一种温度和应力同时探测的瑞利‑布里渊光时域反射计，其利用光纤F‑P干涉仪的周期结构，通过扫描光纤F‑P干涉仪的腔长，同时获得光纤瑞利后向散射谱和光纤布里渊散射谱。该反射计包括依次连接的光学发射单元、探测目标单元、滤波单元、光谱扫描单元、探测器单元、数据采集和处理单元，其中，数据采集和处理单元完成对温度和应力的反演，具体为先采用LPR(Landau‑Placzek Ratio)方法反演光纤温度，再采用布里渊频移反演光纤应力，从而在实现温度和应力的同时传感。该发明具有成本低、探测距离长、探测精度高、空间分辨率高、反演方法简单、数据运算量小等优点。

主权项

1.一种温度和应力同时探测的瑞利‑布里渊光时域反射计，其特征在于，包括：光学发射单元(10)、探测目标单元(20)、滤波单元(30)、光谱扫描单元(40)、探测器单元(50)、数据采集和处理单元(60)；其中：所述光学发射单元(10)用于发射经脉冲调制和放大后的激光脉冲；所述探测单元(20)用于将激光脉冲引导至参考光纤和探测用光纤中，并将相应的回波信号传输给滤波单元(30)；所述滤波单元(30)用于降低回波信号中的瑞利后向散射信号和滤出布里渊散射信号，从而使瑞利后向散射信号与布里渊散射信号相当；所述光谱扫描单元(40)用于扫描滤波单元(30)的输出结果，获得瑞利散射谱和布里渊散射谱；所述探测器单元(50)用于对光谱扫描单元(40)的输出信号进行光电转换；所述数据采集和处理单元(60)用于采集电信号，并反演光纤所受温度和应力信息；其中，所述光谱扫描单元(40)包括：光纤分束器(41)、光纤F‑P干涉仪(42)、光纤F‑P干涉仪控制器(43)和恒温恒压装置(44)；其中，滤波单元(30)处理过的回波信号经光纤分束器(41)一分为二，其中一份光从光纤分束器(41)的a端口经光纤F‑P干涉仪(42)后进入探测单元(50)，另外一份从光纤分束器(41)的b端口直接进入探测单元(50)；光纤F‑P干涉仪控制器(43)用于扫描光纤F‑P干涉仪(42)的腔长，恒温恒压装置(44)用于确保光纤F‑P干涉仪(42)在恒温恒压下工作；所述获得瑞利散射谱和布里渊散射谱包括：基于游标卡尺原理，利用光纤F‑P干涉仪(42)的周期干涉结构，通过设定光纤F‑P干涉仪(42)的参数，再由光纤F‑P干涉仪控制器(43)扫描光纤F‑P干涉仪(42)的腔长，从而获得光纤的瑞利散射谱和布里渊散射谱；假设N·FSR≠R_B,N＝0,1,2,3......时，其中，FSR为光纤F‑P干涉仪(42)的自由谱间距，R_B为瑞利散射谱与布里渊散射谱的间距≈11.2GHz；当光纤F‑P干涉仪控制器(43)扫描光纤F‑P干涉仪(42)的腔长时，可先后获得光纤的瑞利散射谱和布里渊散射谱，且这两个谱间距在扫描频率上为N·FSR‑11.2GHz。