基于瑞利散射和拉曼散射的多參數分布式光纖傳感系統的制作方法
【專利摘要】一種基于瑞利散射和拉曼散射的多參數分布式光纖傳感系統，其結構為：光源提供裝置的輸出端與三端口環形器的輸入端光路連接；三端口環形器的輸出端與拉曼波分復用器的第一公共端連接，三端口環形器的收發復用端與第一光電探測器連接；拉曼波分復用器的第二公共端和第三公共端都連接至第二光電探測器，拉曼波分復用器的第四公共端與長距離傳感光纖的一端連接；第一光電探測器和第二光電探測器的輸出端都連接至數據采集卡；長距離傳感光纖鋪設在待測空間內。本發明的有益技術效果是：能同時對監測環境內的溫度和振動信息進行監測，系統搭建成本大幅降低，便于系統對溫度和振動信息進行綜合利用。
【專利說明】基于瑞利散射和拉曼散射的多參數分布式光纖傳感系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種光纖傳感技術，尤其涉及一種基于瑞利散射和拉曼散射的多參數分布式光纖傳感系統。
【背景技術】
[0002]隨著技術的進步，用長距離傳感光纖來進行溫度、振動監測的技術已日趨成熟，但現有技術中，溫度監測和振動監測需要采用兩套獨立的監測系統，從全局來看，現有技術的監測方式不僅成本較高，而且監測系統之間的數據共享也是一大問題；如果能將溫度監測和振動監測合二為一，不僅可以大幅降低系統搭建成本(尤其是可以縮減長距離傳感光纖的用量及相應的鋪設成本)，而且可以使溫度監測數據和振動監測數據實時互通，使后期數據處理更加便捷、高效，有利于系統對數據的綜合利用，提高定位的準確性和時效性。
【發明內容】
[0003]針對【背景技術】中的問題，本發明提出了一種基于瑞利散射和拉曼散射的多參數分布式光纖傳感系統，其結構為:所述多參數分布式光纖傳感系統由光源提供裝置、三端口環形器、拉曼波分復用器、第一光電探測器、第二光電探測器、數據采集卡和長距離傳感光纖組成；所述光源提供裝置的輸出端與三端口環形器的輸入端光路連接；三端口環形器的輸出端與拉曼波分復用器的第一公共端連接，三端口環形器的收發復用端與第一光電探測器連接；拉曼波分復用器的第二公共端和第三公共端都連接至第二光電探測器，拉曼波分復用器的第四公共端與長距離傳感光纖的一端連接；第一光電探測器和第二光電探測器的輸出端都連接至數據采集卡；長距離傳感光纖鋪設在待測空間內。
[0004]本發明的原理是:光源提供裝置輸出的檢測光通過三端口環形器和拉曼波分復用器后注入長距離傳感光纖內，并在長距離傳感光纖內分別激發出后向瑞利散射光和后向拉曼散射光，其中，后向瑞利散射光通過第一公共端返回至三端口環形器內并從三端口環形器的收發復用端進入第一光電探測器，同時，后向拉曼散射光中的斯托克斯光和反斯托克斯光分別通過第二公共端和第三公共端進入第二光電探測器內；針對溫度監測:當外界溫度的變化作用在長距離傳感光纖上時，將會引起光脈沖寬度范圍內的拉曼散射光強發生變化，進而導致拉曼散射中的反斯托克斯光的光強發生變化，此時就能以斯托克斯光作為參考光解調出反斯托克斯光中攜帶的溫度信息，對多個采樣周期采集到的信號進行累加平均處理就能得出溫度變化的位置信息；針對振動監測:當外界振動作用在長距離傳感光纖上時，將會引起光脈沖寬度范圍內后向瑞利散射光的相位發生變化，進而導致后向瑞利散射光的光強也發生變化，對多個采樣周期采集到的大量信號進行移動平均處理，可以得出振動的位置信息，取出振動位置的時域信號，對其做非均勻傅里葉變換，就可以得出振動的頻率信息。其中，拉曼波分復用器的四個公共端可通過選擇不同工作波長來實現對拉曼散射光和瑞利散射光的選通，此為本領域技術人員所應該掌握的基本技能。
[0005]本發明的創新點為:基于后向瑞利散射原理的振動測量技術和基于后向拉曼散射原理的溫度測量技術均為光纖傳感領域中的常見技術，本發明的創新點不在于測量原理本身，本發明的核心創新點在于將基于兩種測量原理的監測系統合二為一，由一套監測系統實現對溫度和振動兩種參量的同時在線監測，大大的縮減了長距離傳感光纖的用量及相應的鋪設成本，即使在同一位置處同時出現溫度變化和振動變化，由于本發明的監測系統對溫度和振動的測量是基于兩種不同的測量原理，兩種監測數據之間不存在相互干擾的問題。
[0006]優選地，所述光源提供裝置由光源、偏振控制器、聲光調制器、摻鉺放大光纖和光濾波器組成；光源、偏振控制器、聲光調制器、摻鉺放大光纖和光濾波器五者順次連接；其中，光濾波器的輸出端與三端口環形器的輸入端光路連接。光源米用激光器，激光器輸出的光經偏振控制器和聲光調制器處理后被調制為脈沖光，然后經摻鉺放大光纖放大和光濾波器消噪后輸出至三端口環形器。
[0007]優選地，所述聲光調制器和數據采集卡都與一函數發生器連接，函數發生器用于控制聲光調制器和數據采集卡的動作。
[0008]優選地，所述長距離傳感光纖的另一端設置有一波分復用器，所述波分復用器與一泵浦光源連接；波分復用器用于將泵浦光源的輸出光導入長距離傳感光纖中，泵浦光源輸出的光用于對長距離傳感光纖中產生的后向瑞利散射光進行放大。
[0009]優選地，所述第一公共端的工作波長與后向瑞利散射光的中心波長匹配(一般為1550nm);第二公共端和第三公共端的工作波長分別與斯托克斯光(一般為1660nm)和反斯托克斯光(一般為1450nm)的中心波長匹配。
[0010]本發明的有益技術效果是:能同時對監測環境內的溫度和振動信息進行監測，系統搭建成本大幅降低，便于系統對溫度和振動信息進行綜合利用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1、本發明的原理示意圖；
圖2、本發明的一種【具體實施方式】示意圖；
圖中各個標記所對應的名稱分別為:光源提供裝置1、光源1-1、偏振控制器1-2、聲光調制器1-3、摻鉺放大光纖1-4、光濾波器1-5、三端口環形器2、拉曼波分復用器3、第一光電探測器4、第二光電探測器5、數據采集卡6、長距離傳感光纖7、波分復用器9、泵浦光源10。
【具體實施方式】
[0012]—種基于瑞利散射和拉曼散射的多參數分布式光纖傳感系統，所述多參數分布式光纖傳感系統由光源提供裝置1、三端口環形器2、拉曼波分復用器3、第一光電探測器4、第二光電探測器5、數據采集卡6和長距離傳感光纖7組成；
所述光源提供裝置I的輸出端與三端口環形器2的輸入端光路連接；三端口環形器2的輸出端與拉曼波分復用器3的第一公共端3-1連接，三端口環形器2的收發復用端與第一光電探測器4連接；拉曼波分復用器3的第二公共端3-2和第三公共端3-3都連接至第二光電探測器5，拉曼波分復用器3的第四公共端與長距離傳感光纖7的一端連接；第一光電探測器4和第二光電探測器5的輸出端都連接至數據采集卡6 ;長距離傳感光纖7鋪設在待測空間內。[0013]進一步地，所述光源提供裝置I由光源1-1、偏振控制器1-2、聲光調制器1-3、摻鉺放大光纖1-4和光濾波器1-5組成；光源1-1、偏振控制器1-2、聲光調制器1-3、摻鉺放大光纖1-4和光濾波器1-5五者順次連接；其中，光濾波器1-5的輸出端與三端口環形器2的輸入端光路連接。
[0014]進一步地，所述聲光調制器1-3和數據采集卡6都與一函數發生器8連接，函數發生器8用于控制聲光調制器1-3和數據采集卡6的動作。
[0015]進一步地，所述長距離傳感光纖7的另一端設置有一波分復用器9，所述波分復用器9與一泵浦光源10連接；波分復用器9用于將泵浦光源10的輸出光導入長距離傳感光纖7中，泵浦光源10輸出的光用于對長距離傳感光纖7中產生的后向瑞利散射光進行放大。
[0016]進一步地，所述第一公共端3-1的工作波長與后向瑞利散射光的中心波長匹配；第二公共端3-2和第三公共端3-3的工作波長分別與斯托克斯光和反斯托克斯光的中心波長匹配。
【權利要求】
1.一種基于瑞利散射和拉曼散射的多參數分布式光纖傳感系統，其特征在于:所述多參數分布式光纖傳感系統由光源提供裝置(I)、三端口環形器(2)、拉曼波分復用器(3)、第一光電探測器(4)、第二光電探測器(5)、數據采集卡(6)和長距離傳感光纖(7)組成； 所述光源提供裝置(I)的輸出端與三端口環形器(2)的輸入端光路連接；三端口環形器(2)的輸出端與拉曼波分復用器(3)的第一公共端(3-1)連接，三端口環形器(2)的收發復用端與第一光電探測器(4)連接；拉曼波分復用器(3)的第二公共端(3-2)和第三公共端(3-3)都連接至第二光電探測器(5)，拉曼波分復用器(3)的第四公共端與長距離傳感光纖(7)的一端連接；第一光電探測器(4)和第二光電探測器(5)的輸出端都連接至數據采集卡(6);長距離傳感光纖(7)鋪設在待測空間內。
2.根據權利要求1所述的基于瑞利散射和拉曼散射的多參數分布式光纖傳感系統，其特征在于:所述光源提供裝置(I)由光源(1-1 )、偏振控制器(1-2)、聲光調制器(1-3)、摻鉺放大光纖(1-4)和光濾波器(1-5)組成；光源(1-1)、偏振控制器(1-2)、聲光調制器(1-3)、摻鉺放大光纖(1-4)和光濾波器(1-5)五者順次連接；其中，光濾波器(1-5)的輸出端與三端口環形器(2)的輸入端光路連接。
3.根據權利要求2所述的基于瑞利散射和拉曼散射的多參數分布式光纖傳感系統，其特征在于:所述聲光調制器(1-3)和數據采集卡(6)都與一函數發生器(8)連接，函數發生器(8)用于控制聲光調制器(1-3)和數據采集卡(6)的動作。
4.根據權利要求1所述的基于瑞利散射和拉曼散射的多參數分布式光纖傳感系統，其特征在于:所述長距離傳感光纖(7)的另一端設置有一波分復用器(9)，所述波分復用器(9)與一泵浦光源(10)連接；波分復用器(9)用于將泵浦光源(10)的輸出光導入長距離傳感光纖(7)中，泵浦光源(10)輸出的光用于對長距離傳感光纖(7)中產生的后向瑞利散射光進行放大。
5.根據權利要求1所述的基于瑞利散射和拉曼散射的多參數分布式光纖傳感系統，其特征在于:所述第一公共端(3-1)的工作波長與后向瑞利散射光的中心波長匹配；第二公共端(3-2)和第三公共端(3-3)的工作波長分別與斯托克斯光和反斯托克斯光的中心波長匹配。
【文檔編號】G01D5/353GK103913186SQ201410168218
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年4月25日 優先權日:2014年4月25日
【發明者】朱濤, 周進, 何茜 申請人:重慶大學