CN105865498A - 基于自激发布里渊激光器的高灵敏分布式光纤传感系统 - Google Patents
基于自激发布里渊激光器的高灵敏分布式光纤传感系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105865498A CN105865498A CN201610182091.4A CN201610182091A CN105865498A CN 105865498 A CN105865498 A CN 105865498A CN 201610182091 A CN201610182091 A CN 201610182091A CN 105865498 A CN105865498 A CN 105865498A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- erbium
- fiber amplifier
- doped fiber
- optical circulator
- optical
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 title claims abstract description 37
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 64
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 63
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims abstract description 13
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 claims description 2
- 238000003780 insertion Methods 0.000 claims description 2
- 230000037431 insertion Effects 0.000 claims description 2
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 3
- 229910052691 Erbium Inorganic materials 0.000 abstract 3
- UYAHIZSMUZPPFV-UHFFFAOYSA-N erbium Chemical compound [Er] UYAHIZSMUZPPFV-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 3
- 230000002146 bilateral effect Effects 0.000 abstract 2
- 230000035559 beat frequency Effects 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 2
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000008447 perception Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
- G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
- G01D5/353—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre
- G01D5/35338—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using other arrangements than interferometer arrangements
- G01D5/35354—Sensor working in reflection
- G01D5/35358—Sensor working in reflection using backscattering to detect the measured quantity
- G01D5/35364—Sensor working in reflection using backscattering to detect the measured quantity using inelastic backscattering to detect the measured quantity, e.g. using Brillouin or Raman backscattering
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Lasers (AREA)
Abstract
本发明涉及分布式光纤传感系统，具体是一种基于自激发布里渊激光器的高灵敏分布式光纤传感系统。本发明解决了现有分布式光纤传感系统探测灵敏度低的问题。基于自激发布里渊激光器的高灵敏分布式光纤传感系统，包括可调单频激光器、偏振控制器、电光调制器、第一掺铒光纤放大器、第一光环行器、可调光滤波器、光电探测器、数据采集卡、谐振腔；所述谐振腔包括第二掺铒光纤放大器、第三掺铒光纤放大器、第二光环行器、第三光环行器、第一双向光分路器、第二双向光分路器、单模传感光纤。本发明适用于分布式光纤传感领域。
Description
技术领域
本发明涉及分布式光纤传感系统，具体是一种基于自激发布里渊激光器的高灵敏分布式光纤传感系统。
背景技术
分布式光纤传感系统因具有显著的连续性优点（即只需一根光纤就可以准确感知光纤上任一点的信息），已被广泛应用于通信、交通、国防、土木、电力等领域。现有的分布式光纤传感系统主要分为三种：基于瑞利散射的分布式光纤传感系统、基于拉曼散射的分布式光纤传感系统、基于布里渊散射的分布式光纤传感系统。其中，基于布里渊散射的分布式光纤传感系统由于其在温度和应变测量上所能达到的测量精度、传感距离、空间分辨率相比另外两种分布式光纤传感系统具有明显的优势，并且能实现对温度和应变的同时测量，而成为该领域的研究热点。然而实践表明，基于布里渊散射的分布式光纤传感系统由于在探测温度和应变时是使用一阶斯托克斯波的频移量来进行表征，导致其存在探测灵敏度低的问题（温度灵敏度仅为1.1MHZ/oC，应变灵敏度仅为0.05MHz/με）。基于此，有必要发明一种全新的分布式光纤传感系统，以解决现有分布式光纤传感系统存在的上述问题。
发明内容
本发明为了解决现有分布式光纤传感系统探测灵敏度低的问题，提供了一种基于自激发布里渊激光器的高灵敏分布式光纤传感系统。
本发明是采用如下技术方案实现的：
基于自激发布里渊激光器的高灵敏分布式光纤传感系统，包括可调单频激光器、偏振控制器、电光调制器、第一掺铒光纤放大器、第一光环行器、可调光滤波器、光电探测器、数据采集卡、谐振腔；
所述谐振腔包括第二掺铒光纤放大器、第三掺铒光纤放大器、第二光环行器、第三光环行器、第一双向光分路器、第二双向光分路器、单模传感光纤；
其中，可调单频激光器的出射端与偏振控制器的入射端连接；偏振控制器的出射端与电光调制器的入射端连接；电光调制器的出射端与第一掺铒光纤放大器的入射端连接；第一掺铒光纤放大器的出射端与第一光环行器的入射端连接；第一光环行器的反射端与第一双向光分路器的第一个下行端口连接；第一双向光分路器的上行端口和第二双向光分路器的上行端口之间通过单模传感光纤连接；第一双向光分路器的第二个下行端口与第二光环行器的入射端连接；第二光环行器的出射端与第二掺铒光纤放大器的入射端连接；第二光环行器的反射端与第二掺铒光纤放大器的出射端连接；第二双向光分路器的第二个下行端口与第三光环行器的入射端连接；第三光环行器的出射端与第三掺铒光纤放大器的入射端连接；第三光环行器的反射端与第三掺铒光纤放大器的出射端连接；第一光环行器的出射端与可调光滤波器的入射端连接；可调光滤波器的出射端与光电探测器的入射端连接；光电探测器的信号输出端与数据采集卡的信号输入端连接。
具体工作过程如下：可调单频激光器发出的激光作为探测光，该激光依次经偏振控制器、电光调制器、第一掺铒光纤放大器、第一光环行器、第一双向光分路器进入谐振腔，并在单模传感光纤中产生受激布里渊散射。与此同时，第二掺铒光纤放大器和第三掺铒光纤放大器发出的自发辐射光在谐振腔中进行谐振，当第二掺铒光纤放大器和第三掺铒光纤放大器的功率足够大时，自发辐射光谐振产生多波长布里渊激光（第二掺铒光纤放大器和第三掺铒光纤放大器的功率越大，谐振产生的布里渊激光的波长越多）。多波长布里渊激光与受激布里渊散射在单模传感光纤中进行拍频，由此产生拍频光信号。拍频光信号依次经第一光环行器、可调光滤波器进入光电探测器，并经光电探测器转换为拍频电信号后进入数据采集卡。数据采集卡对拍频电信号进行拍频分析，由此获取单模传感光纤的温度值和应变值。在此过程中，偏振控制器的作用是调节可调单频激光器发出的激光进入电光调制器的偏振态，以获得最大的输出功率。电光调制器的作用是加载脉冲信号。第一掺铒光纤放大器的作用是保证可调单频激光器发出的激光具有足够功率，以使激光在单模传感光纤中产生受激布里渊散射。
基于上述过程，与现有分布式光纤传感系统相比，本发明所述的基于自激发布里渊激光器的高灵敏分布式光纤传感系统基于全新的光路结构，并利用多波长布里渊激光，实现了对单模传感光纤的温度值和应变值进行高灵敏度探测，由此具备了如下优点：与基于布里渊散射的分布式光纤传感系统相比，本发明在探测温度和应变时使用多波长布里渊激光的频移量来进行表征，由此大幅提高了探测灵敏度（温度灵敏度能够提高至50MHZ/oC，应变灵敏度能够提高至2.5MHz/με）。
本发明结构合理、设计巧妙，有效解决了现有分布式光纤传感系统探测灵敏度低的问题，适用于分布式光纤传感领域。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中：1-可调单频激光器，2-偏振控制器，3-电光调制器，4a-第一掺铒光纤放大器，4b-第二掺铒光纤放大器，4c-第三掺铒光纤放大器，5a-第一光环行器，5b-第二光环行器，5c-第三光环行器，6a-第一双向光分路器，6b-第二双向光分路器，7-单模传感光纤，8-可调光滤波器，9-光电探测器，10-数据采集卡。
具体实施方式
基于自激发布里渊激光器的高灵敏分布式光纤传感系统，包括可调单频激光器1、偏振控制器2、电光调制器3、第一掺铒光纤放大器4a、第一光环行器5a、可调光滤波器8、光电探测器9、数据采集卡10、谐振腔；
所述谐振腔包括第二掺铒光纤放大器4b、第三掺铒光纤放大器4c、第二光环行器5b、第三光环行器5c、第一双向光分路器6a、第二双向光分路器6b、单模传感光纤7；
其中，可调单频激光器1的出射端与偏振控制器2的入射端连接；偏振控制器2的出射端与电光调制器3的入射端连接；电光调制器3的出射端与第一掺铒光纤放大器4a的入射端连接；第一掺铒光纤放大器4a的出射端与第一光环行器5a的入射端连接；第一光环行器5a的反射端与第一双向光分路器6a的第一个下行端口连接；第一双向光分路器6a的上行端口和第二双向光分路器6b的上行端口之间通过单模传感光纤7连接；第一双向光分路器6a的第二个下行端口与第二光环行器5b的入射端连接；第二光环行器5b的出射端与第二掺铒光纤放大器4b的入射端连接；第二光环行器5b的反射端与第二掺铒光纤放大器4b的出射端连接；第二双向光分路器6b的第二个下行端口与第三光环行器5c的入射端连接；第三光环行器5c的出射端与第三掺铒光纤放大器4c的入射端连接；第三光环行器5c的反射端与第三掺铒光纤放大器4c的出射端连接；第一光环行器5a的出射端与可调光滤波器8的入射端连接；可调光滤波器8的出射端与光电探测器9的入射端连接；光电探测器9的信号输出端与数据采集卡10的信号输入端连接。
所述可调单频激光器1采用可调范围为1520-1630nm、光谱线宽为400kHz、边摸抑制比>45dB、最大输出功率为10dBm的连续运行激光器。
所述电光调制器3的带宽为20GHz、插损值为3.3dB、消光比为26dB。
所述第一掺铒光纤放大器4a的输出功率为0.5W-2W、波长范围为1545-1565nm；所述第二掺铒光纤放大器4b的输出功率为0.5W-2W、波长范围为1545-1565nm；所述第三掺铒光纤放大器4c的输出功率为0.5W-2W、波长范围为1545-1565nm。
所述第一双向光分路器6a的分光比为50：50；所述第二双向光分路器6b的分光比为50：50。
所述单模传感光纤7采用长度为20km的单模光纤。
所述可调光滤波器8的波长覆盖范围为1480-1620nm、带宽可调范围为32-650pm。
所述数据采集卡10的采样率为2GS/s、带宽为300MHz。
Claims (8)
1.一种基于自激发布里渊激光器的高灵敏分布式光纤传感系统，其特征在于：包括可调单频激光器（1）、偏振控制器（2）、电光调制器（3）、第一掺铒光纤放大器（4a）、第一光环行器（5a）、可调光滤波器（8）、光电探测器（9）、数据采集卡（10）、谐振腔；
所述谐振腔包括第二掺铒光纤放大器（4b）、第三掺铒光纤放大器（4c）、第二光环行器（5b）、第三光环行器（5c）、第一双向光分路器（6a）、第二双向光分路器（6b）、单模传感光纤（7）；
其中，可调单频激光器（1）的出射端与偏振控制器（2）的入射端连接；偏振控制器（2）的出射端与电光调制器（3）的入射端连接；电光调制器（3）的出射端与第一掺铒光纤放大器（4a）的入射端连接；第一掺铒光纤放大器（4a）的出射端与第一光环行器（5a）的入射端连接；第一光环行器（5a）的反射端与第一双向光分路器（6a）的第一个下行端口连接；第一双向光分路器（6a）的上行端口和第二双向光分路器（6b）的上行端口之间通过单模传感光纤（7）连接；第一双向光分路器（6a）的第二个下行端口与第二光环行器（5b）的入射端连接；第二光环行器（5b）的出射端与第二掺铒光纤放大器（4b）的入射端连接；第二光环行器（5b）的反射端与第二掺铒光纤放大器（4b）的出射端连接；第二双向光分路器（6b）的第二个下行端口与第三光环行器（5c）的入射端连接；第三光环行器（5c）的出射端与第三掺铒光纤放大器（4c）的入射端连接；第三光环行器（5c）的反射端与第三掺铒光纤放大器（4c）的出射端连接；第一光环行器（5a）的出射端与可调光滤波器（8）的入射端连接；可调光滤波器（8）的出射端与光电探测器（9）的入射端连接；光电探测器（9）的信号输出端与数据采集卡（10）的信号输入端连接。
2.根据权利要求1所述的基于自激发布里渊激光器的高灵敏分布式光纤传感系统，其特征在于：所述可调单频激光器（1）采用可调范围为1520-1630nm、光谱线宽为400kHz、边摸抑制比>45dB、最大输出功率为10dBm的连续运行激光器。
3.根据权利要求1所述的基于自激发布里渊激光器的高灵敏分布式光纤传感系统，其特征在于：所述电光调制器（3）的带宽为20GHz、插损值为3.3dB、消光比为26dB。
4.根据权利要求1所述的基于自激发布里渊激光器的高灵敏分布式光纤传感系统，其特征在于：所述第一掺铒光纤放大器（4a）的输出功率为0.5W-2W、波长范围为1545-1565nm；所述第二掺铒光纤放大器（4b）的输出功率为0.5W-2W、波长范围为1545-1565nm；所述第三掺铒光纤放大器（4c）的输出功率为0.5W-2W、波长范围为1545-1565nm。
5.根据权利要求1所述的基于自激发布里渊激光器的高灵敏分布式光纤传感系统，其特征在于：所述第一双向光分路器（6a）的分光比为50：50；所述第二双向光分路器（6b）的分光比为50：50。
6.根据权利要求1所述的基于自激发布里渊激光器的高灵敏分布式光纤传感系统，其特征在于：所述单模传感光纤（7）采用长度为20km的单模光纤。
7.根据权利要求1所述的基于自激发布里渊激光器的高灵敏分布式光纤传感系统，其特征在于：所述可调光滤波器（8）的波长覆盖范围为1480-1620nm、带宽可调范围为32-650pm。
8.根据权利要求1所述的基于自激发布里渊激光器的高灵敏分布式光纤传感系统，其特征在于：所述数据采集卡（10）的采样率为2GS/s、带宽为300MHz。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610182091.4A CN105865498B (zh) | 2016-03-28 | 2016-03-28 | 基于自激发布里渊激光器的高灵敏分布式光纤传感系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610182091.4A CN105865498B (zh) | 2016-03-28 | 2016-03-28 | 基于自激发布里渊激光器的高灵敏分布式光纤传感系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105865498A true CN105865498A (zh) | 2016-08-17 |
| CN105865498B CN105865498B (zh) | 2017-11-21 |
Family
ID=56626089
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201610182091.4A Expired - Fee Related CN105865498B (zh) | 2016-03-28 | 2016-03-28 | 基于自激发布里渊激光器的高灵敏分布式光纤传感系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105865498B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107588926A (zh) * | 2017-10-30 | 2018-01-16 | 中光华研电子科技有限公司 | 一种超长光缆的故障监测系统及方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH077208A (ja) * | 1992-12-31 | 1995-01-10 | At & T Corp | 光ファイバ脱偏光装置 |
| CN101975626A (zh) * | 2010-10-13 | 2011-02-16 | 华中科技大学 | 一种基于布里渊散射的分布式光纤传感系统 |
| CN102607621A (zh) * | 2012-03-29 | 2012-07-25 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 同时检测温度和应变的分布式光纤布里渊传感装置和方法 |
| US20130229649A1 (en) * | 2012-03-01 | 2013-09-05 | Ming-Jun Li | Optical brillouin sensing systems |
| CN104390723A (zh) * | 2014-11-27 | 2015-03-04 | 太原理工大学 | 基于多波长布里渊光纤激光器的光纤温度传感器 |
| CN104568019A (zh) * | 2015-02-06 | 2015-04-29 | 华北电力大学（保定） | 基于多模光纤的用于温度和应变同时测量的方法及系统 |
-
2016
- 2016-03-28 CN CN201610182091.4A patent/CN105865498B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH077208A (ja) * | 1992-12-31 | 1995-01-10 | At & T Corp | 光ファイバ脱偏光装置 |
| CN101975626A (zh) * | 2010-10-13 | 2011-02-16 | 华中科技大学 | 一种基于布里渊散射的分布式光纤传感系统 |
| US20130229649A1 (en) * | 2012-03-01 | 2013-09-05 | Ming-Jun Li | Optical brillouin sensing systems |
| CN102607621A (zh) * | 2012-03-29 | 2012-07-25 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 同时检测温度和应变的分布式光纤布里渊传感装置和方法 |
| CN104390723A (zh) * | 2014-11-27 | 2015-03-04 | 太原理工大学 | 基于多波长布里渊光纤激光器的光纤温度传感器 |
| CN104568019A (zh) * | 2015-02-06 | 2015-04-29 | 华北电力大学（保定） | 基于多模光纤的用于温度和应变同时测量的方法及系统 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107588926A (zh) * | 2017-10-30 | 2018-01-16 | 中光华研电子科技有限公司 | 一种超长光缆的故障监测系统及方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105865498B (zh) | 2017-11-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103292903B (zh) | 基于布里渊动态光栅的光谱分析装置及其分析方法 | |
| CN105490738B (zh) | 基于频率合成的光频域反射方法及系统 | |
| US9163960B2 (en) | Long-distance polarization and phase-sensitive optical time-domain reflectometry based on random laser amplification | |
| CN107607135B (zh) | 一种混沌布里渊光时域/相干域融合分析装置及方法 | |
| CN103616091B (zh) | 一种分布式光纤温度和应力传感装置 | |
| CN108534910A (zh) | 一种基于非对称双芯光纤的分布式双参量传感方法 | |
| CN104180833A (zh) | 温度和应变同时传感的光时域反射计 | |
| CN104697558B (zh) | 光纤分布式多参量传感测量系统 | |
| CN104677396A (zh) | 动态分布式布里渊光纤传感装置及方法 | |
| CN103090894A (zh) | 基于布里渊掺铒光纤激光器的分布式光纤传感装置及方法 | |
| CN203605976U (zh) | 一种分布式光纤温度和应力传感装置 | |
| CN103727968A (zh) | 一种分布式光纤传感装置及同时测量温度、应变、振动的方法 | |
| CN103245369A (zh) | 基于多纵模f-p激光器的新型光纤光栅解调方法及其系统 | |
| CN108827175A (zh) | 基于宽频混沌激光的分布式光纤动态应变传感装置及方法 | |
| CN203310428U (zh) | 一种基于相干检测的分布式布里渊光纤传感系统 | |
| CN107340077A (zh) | 一种全分布式光纤温度及应力的传感方法与传感系统 | |
| CN204439100U (zh) | 动态分布式布里渊光纤传感装置 | |
| CN204087417U (zh) | 光纤感温火灾探测器系统 | |
| CN103323041A (zh) | 一种基于相干检测的分布式布里渊光纤传感系统 | |
| CN103604450A (zh) | 种子注入botdr分布式光纤传感系统 | |
| CN110426067A (zh) | 一种基于多芯光纤的布里渊时域分析系统和方法 | |
| CN112378430A (zh) | 基于混沌激光的分布式光纤拉曼传感装置和方法 | |
| CN105783955B (zh) | 基于高阶斯托克斯波的灵敏度可调分布式光纤传感系统 | |
| CN205453695U (zh) | 基于频率合成的光频域反射装置 | |
| CN104614091A (zh) | 全光纤长距离高空间分辨率单光子温度传感器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20171121 |