一種基于布里淵相移的強度調制型傳感裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于分布式光纖傳感技術領域，具體涉及一種基于布里淵相移的強度調制 型傳感裝置的設計。
【背景技術】
[0002] 基于布里淵效應的分布式光纖傳感技術得到了多年的廣泛研究，目前已經可以實 現大于IOOkm的傳感長度和cm級別的傳感精度。在2012年之前，分布式布里淵光纖傳感都 是基于對布里淵增益譜的測量，裝置簡單且易于解調。存在的比較大的問題是在長距離的 傳感中，由于栗浦光的消耗從而存在非本地效應，會在光纖末端增加解調的不準確性。2012 年A. Zornoza等人提出了利用正交解調器解調布里淵相位譜來實現溫度及應力的傳感。同 樣的裝置被J. Urricelqui等人于2012年和2014報道。這些裝置的共同點是需要對光信 號進行一個固定的預移頻（約在IOGHz左右），然后利用一個低頻信號（0~2GHz)去掃描 布里淵增益區。預移頻不僅增加了系統復雜度和系統成本，而且增加了系統的不穩定性。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的是為了解決現有技術中分布式光纖傳感裝置復雜度和成本較高且 穩定性較低的問題，提出了一種基于布里淵相移的強度調制型傳感裝置。
[0004] 本發明的技術方案為：一種基于布里淵相移的強度調制型傳感裝置，包括激光器、 光親合器、偏振控制器、電光強度調制器、微波信號發生器、擾偏器、第一摻鉺光纖放大器、 光隔離器、測試光纖、聲光調制器、脈沖信號發生器、第二摻鉺光纖放大器、環形器、布拉格 光柵、光電探測器、電帶通濾波器、正交解調器以及示波器；
[0005] 激光器輸出的光載波通過光親合器分為第一光載波和第二光載波；
[0006] 微波信號發生器產生的微波信號分為兩路，一路傳輸至電光強度調制器，另一路 傳輸至正交解調器；
[0007] 第一光載波經過偏振控制器后被微波信號發生器產生的微波信號通過電光強度 調制器外調制，形成本地光和探測光；探測光經過擾偏器的偏正態快速擾動和第一摻鉺光 纖放大器的光信號放大后，通過光隔離器送入測試光纖；
[0008] 第二光載波被脈沖信號發生器產生的脈沖信號通過聲光調制器外調制后產生脈 沖栗浦光；脈沖栗浦光經第二摻鉺光纖放大器放大后通過光環形器進入測試光纖；
[0009] 探測光與脈沖栗浦光在測試光纖內相互作用，并經環形器的導向傳輸和布拉格光 柵的波長選擇后進入光電探測器，光電探測器的輸出信號經電帶通濾波器的濾波以及正交 解調器的解調后被示波器采集和存儲，并可進一步進行離線信號處理解調布里淵相位譜。
[0010] 優選地，光親合器為50:50光親合器。
[0011] 優選地，電光強度調制器工作在線性工作點。
[0012] 優選地，微波信號發生器產生的微波信號頻率為10~12GHz。
[0013] 優選地，正交解調器采用解調范圍為9~12GHz的寬帶正交解調器。
[0014] 本發明的有益效果是：
[0015] (1)本發明利用布里淵相位譜對溫度進行解調，可以有效克服非本地效應。
[0016] (2)本發明采用9~12GHz的寬帶正交解調器進行布里淵相移解調，避免了預移 頻，裝置簡單，容易實現，易于集成。
【附圖說明】
[0017] 圖1為本發明提供的一種基于布里淵相移的強度調制型傳感裝置結構示意圖。
【具體實施方式】
[0018] 下面結合附圖對本發明的實施例作進一步的說明。
[0019] 本發明提供了一種基于布里淵相移的強度調制型傳感裝置，如圖1所示，包括激 光器1、光親合器2、偏振控制器3、電光強度調制器4、微波信號發生器5、擾偏器6、第一摻 鉺光纖放大器7、光隔離器8、測試光纖9、聲光調制器10、脈沖信號發生器11、第二摻鉺光纖 放大器12、環形器13、布拉格光柵14、光電探測器15、電帶通濾波器16、正交解調器17以及 示波器18。
[0020] 激光器1輸出的光載波中心頻率為該光載波通過50:50耦合器2分為兩份，即 為第一光載波和第二光載波。
[0021] 微波信號發生器5產生的微波信號分為兩路，一路傳輸至電光強度調制器4,另一 路傳輸至正交解調器17。
[0022] 第一光載波經過偏振控制器3后被微波信號發生器5產生的微波信號通過電光強 度調制器4外調制，形成本地光和探測光。電光強度調制器4工作在線性工作點，且微波信 號發生器5的輸出信號頻率為f s (10~12GHz可調）。其中，探測光共有兩個分量，其頻率 分別為fV±fs;本地光有一個分量，頻率。探測光經過擾偏器6的偏正態快速擾動和第 一摻鉺光纖放大器7的光信號放大后，通過光隔離器8送入測試光纖9。
[0023] 第二光載波被脈沖信號發生器11產生的脈沖信號通過聲光調制器10外調制后產 生脈沖栗浦光。脈沖栗浦光經第二摻鉺光纖放大器12放大后通過光環形器13進入測試光 纖9 〇
[0024] 探測光與脈沖栗浦光在測試光纖9內相互作用，并經環形器13的導向傳輸和布拉 格光柵14的波長選擇后進入光電探測器15,到達光電探測器15的光信號場強表達式為：
[0025]
(1)
[0026] 其中EdP Es分別為本地光和探測光的復振幅，fD為探測光與布里淵頻移之間的頻 率失諧，g^(f D)為布里淵增益，條(?)為布里淵相移。
[0027] 光電探測器15輸出的電流表達式為：
[0028]
C2)
[0029] 其中Re為光電探測器的接收靈敏度。布里淵相位譜信息被頻率為f s的高頻載波 攜帶。
[0030] 正交解調器17采用解調范圍為9~12GHz的寬帶正交解調器，其產生的同相載波 cos (2 JT fst)及正交載波sin (2 JT fst)分別與I (fs)相乘并濾除高頻分量，得到的I路和Q 路信號表達式如公式（3)所示：
[0031]
[0032] (3)
[0033] I路和Q路兩路信號被示波器18采集后，通過公式（4)可以求得布里淵相位譜：
[0034]
(4)
[0035] 進而可以構建距離-頻率-相位三維圖，通過求解相位譜在光纖各處的過零點就 可求解光纖各處的溫度和應力信息。
[0036] 本領域的普通技術人員將會意識到，這里所述的實施例是為了幫助讀者理解本發 明的原理，應被理解為本發明的保護范圍并不局限于這樣的特別陳述和實施例。本領域的 普通技術人員可以根據本發明公開的這些技術啟示做出各種不脫離本發明實質的其它各 種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本發明的保護范圍內。
【主權項】
1. 一種基于布里淵相移的強度調制型傳感裝置，其特征在于，包括激光器（I)、光耦合 器（2)、偏振控制器（3)、電光強度調制器（4)、微波信號發生器（5)、擾偏器（6)、第一摻鉺光 纖放大器（7)、光隔離器⑶、測試光纖（9)、聲光調制器（10)、脈沖信號發生器（11)、第二摻 鉺光纖放大器（12)、環形器（13)、布拉格光柵（14)、光電探測器（15)、電帶通濾波器（16)、 正交解調器（17)以及示波器（18); 所述激光器（1)輸出的光載波通過光親合器（2)分為第一光載波和第二光載波； 所述微波信號發生器（5)產生的微波信號分為兩路，一路傳輸至電光強度調制器（4)， 另一路傳輸至正交解調器（17); 所述第一光載波經過偏振控制器（3)后被微波信號發生器（5)產生的微波信號通過電 光強度調制器（4)外調制，形成本地光和探測光；所述探測光經過擾偏器（6)的偏正態快速 擾動和第一摻鉺光纖放大器（7)的光信號放大后，通過光隔離器（8)送入測試光纖（9); 所述第二光載波被脈沖信號發生器（11)產生的脈沖信號通過聲光調制器（10)外調 制后產生脈沖栗浦光；所述脈沖栗浦光經第二摻鉺光纖放大器（12)放大后通過光環形器 (13)進入測試光纖（9); 所述探測光與脈沖栗浦光在測試光纖（9)內相互作用，并經環形器（13)的導向傳輸和 布拉格光柵（14)的波長選擇后進入光電探測器（15)，光電探測器（15)的輸出信號經電帶 通濾波器（16)的濾波以及正交解調器（17)的解調后被示波器（18)采集和存儲，并進行離 線信號處理解調布里淵相位譜。2. 根據權利要求1所述的基于布里淵相移的強度調制型傳感裝置，其特征在于，所述 光親合器（2)為50:50光親合器。3. 根據權利要求1所述的基于布里淵相移的強度調制型傳感裝置，其特征在于，所述 電光強度調制器（4)工作在線性工作點。4. 根據權利要求1所述的基于布里淵相移的強度調制型傳感裝置，其特征在于，所述 微波信號發生器（5)產生的微波信號頻率為10~12GHz。5. 根據權利要求1所述的基于布里淵相移的強度調制型傳感裝置，其特征在于，所述 正交解調器（17)采用解調范圍為9~12GHz的寬帶正交解調器。
【專利摘要】本發明公開了一種基于布里淵相移的強度調制型傳感裝置，將光源產生的光載波分為兩路，其中一路被電脈沖外調制，產生脈沖泵浦光；另外一路被10～12GHz的微波信號通過工作在線性工作點的電光強度調制器外調制產生探測光與本地光。探測光與脈沖泵浦光在測試光纖中相互作用后與本地光拍頻率產生10～12GHz高頻信號，其相位直接被9～12GHz的寬帶正交解調器解調，從而避免了預頻移，降低了裝置的復雜度和成本，提高了裝置的穩定性。
【IPC分類】G01D5/353
【公開號】CN105136181
【申請號】CN201510543770
【發明人】彭玉蘭
【申請人】成都九洲電子信息系統股份有限公司
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年8月31日