CN107421570B - 一种多功能分布式光纤传感装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种多功能分布式光纤传感装置，设有激光器、第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、第三光纤耦合器、第四光纤耦合器、声光调制器、光纤环形器、光接口、第一光电探测器、第二光电探测器、第一带通滤波器、第二带通滤波器、第三带通滤波器、第四带通滤波器、第一低噪声放大器、第二低噪声放大器、光开关、频率合成器、混频器、低通滤波器、双通道数据采集与处理模块以及计算机。本发明采用传感光信号的直接切换控制和双通道数据采集与处理模块对瑞利散射信号和布里渊散射信号进行处理，实现对被测光纤的衰减、振动、温度和应变信息的多功能监测和显示，信号提取与处理效率高，实用性更好，便于装置的商用化开发。
Description
技术领域
本发明涉及光传感技术领域，具体涉及一种多功能分布式光纤传感装置。
背景技术
由于光纤可兼作通信和传感的介质，所以它的无源、抗电磁干扰、耐腐蚀、耐高温等特点决定了它在全球能源互联网发展中具有巨大潜力。成熟的光纤传感技术和设备已经在电力行业有一定的应用，如拉曼光时域反射仪用于变压器温度监测、布里渊光时域反射仪用于海底电缆温度/应力监测、布里渊光时域分析仪用于输电线路覆冰监测、光纤光栅在开关柜温度监测中的应用等，而在智能变电站建设中全光纤电压互感器和电流互感器业已成为推进变电站智能化的必要设备。特别是在特高压电网中，单条输电线路的距离可达数千公里，长距离的线路难免受到各种各样自然因素的影响，一些极端的因素可能对输电线路安全造成重大影响，如雷击、覆冰、风偏、闪络等，因此需要相应的监测手段实时感知输电线路状态，及时预警或汇报危害性的事件。这客观上要求光纤传感器应具备多功能传感的能力以适应电力典型场景的应用需求。当前制约光纤传感及量测控制技术的主要因素在于传感系统的总体性能无法满足电网监测实际对多参量、广域化传感的需求。目前商用的光纤传感装置感知的物理参量比较单一，无法做到对温度、应力、舞动、振动、线路故障等状态参量的综合感知和分析，无法满足电力系统对多种状态参量感知的需求。
针对多功能或多参量分布式光纤传感的技术问题，申请号为201310066961.8的发明专利提供一种基于多机理融合的多参量分布式光纤传感器，它由参数可控光源、可调光信号处理系统、可重配置光电信号处理系统三部分组成，其中可调光信号处理系统的一端由光纤并联连接参数可控光源和可重配置光电信号处理系统，另一端设有可与待检测的多机理多结构的传感光纤相连接的接口。该发明提供的多参量分布式光纤传感器的最大特点是让多机理的光信号经光纤进入可调光信号处理系统完成光路控制后，经过待检测的多机理多结构的传感光纤，重返可调光信号处理系统，并在实现解复用和直接光功率检测、光相干检后进入可重配置光电信号处理系统进行分析检测。但是，光信号处理往返于可调光信息处理系统，控制的实现相对复杂。再者，申请号为201510581602.5的发明专利提出了一种基于分布式光纤传感的多功能海洋环境监测装置，它由海面平台、分布式光纤传感系统、绕缆盘、缆绳和锚体组成，而分布式光纤传感系统由分布式光纤传感系统干端机和光纤组组成，分布式光纤传感系统干端机包括光发射系统、光接收系统和信号处理系统，光发射系统用于产生分布式传感所用的光脉冲，光接收系统用于将光纤沿线各位置处返回的光信号转化为电信号，信号处理系统用于对电信号进行处理得到光纤沿线各位置处对应的海水温度、深度、密度和海流流速信息。该多功能海洋环境监测装置主要是通过对被测光纤与被测物进行结合实现多功能传感，装置结构本身的改进较小，所以主要用于海洋环境监测。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种多功能分布式光纤传感装置，采用传感光信号的直接切换控制和双通道数据采集与处理模块有针对性地对瑞利散射信号和布里渊散射信号进行相应处理，最终实现对被测光纤的衰减、振动、温度和应变信息的多功能监测和显示。
为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
本发明提供一种多功能分布式光纤传感装置，包括激光器(1)、第一光纤耦合器(201)、第二光纤耦合器(202)、第三光纤耦合器(211)、第四光纤耦合器(212)、声光调制器(3)、光纤环形器(4)、光接口(5)、第一光电探测器(601)、第二光电探测器(602)、第一带通滤波器(701)、第二带通滤波器(702)、第三带通滤波器(711)、第四带通滤波器(712)、第一低噪声放大器(801)、第二低噪声放大器(802)、光开关(9)、频率合成器(10)、混频器(11)、低通滤波器(12)、双通道数据采集与处理模块(13)以及计算机(14)；
所述激光器(1)的输出端连接所述第一光纤耦合器(201)的输入端，所述第一光纤耦合器(201)的第一输出端连接所述声光调制器(3)的输入端，所述第一光纤耦合器(201)的第二输出端连接所述第二光纤耦合器(202)的输入端；所述声光调制器(3)的输出端接入所述光纤环形器(4)的第一端口，所述光纤环形器(4)的第二端口通过所述光接口(5)连接被测光纤，所述光纤环形器(4)的第三端口连接所述光开关(9)的输入端，所述光开关(9)的第一输出端连接所述第三光纤耦合器(211)的第二输入端，所述光开关(9)的第二输出端连接所述第四光纤耦合器(212)的第二输入端；所述第二光纤耦合器(202)的第一输出端连接所述第三光纤耦合器(211)的第一输入端，所述第二光纤耦合器(202)的第二输出端连接第四光纤耦合器(212)的第一输出端；所述第三光纤耦合器(211)的输出端连接所述第一光电探测器(601)，所述第一光电探测器(601)依次通过所述第一带通滤波器(701)、第一低噪声放大器(801)和第二带通滤波器(702)接入所述双通道数据采集与处理模块(13)的第一通道；所述第四光纤耦合器(212)的输出端连接所述第二光电探测器(602)，所述第二光电探测器(602)依次通过所述第三带通滤波器(711)、第二低噪声放大器(802)和第四带通滤波器(712)接入所述混频器(11)的信号输入端，所述频率合成器(10)的输出端连接所述混频器(11)的本地振荡输入端，所述混频器(11)的输出端通过所述低通滤波器(12)连接所述双通道数据采集与处理模块(13)的第二通道，所述双通道数据采集与处理模块(13)的输出端连接所述计算机(14)。
所述激光器(1)发出的激光经所述第一光纤耦合器(201)分成两路，其中一路激光经所述声光调制器(3)调制成光脉冲，另一路激光接入所述第二光纤耦合器(202)。
所述光脉冲接入所述光纤环形器(4)的第一端口，所述光纤环形器(4)的第二端口输出光脉冲，所述光脉冲经所述光接口(5)注入被测光纤。
所述光脉冲在被测光纤中的背向散射光经所述光接口(5)进入所述光纤环形器(4)的第二端口，再经过所述光纤环形器(4)的第三端口接入所述光开关(9)；
所述第二光纤耦合器(202)将输入其中的激光分成两路，其中一路激光接入所述第三光纤耦合器(211)，另一路激光输入所述第四光纤耦合器(212)。
所述第三光纤耦合器(211)使接入的激光和背向散射光相干产生第一中频信号，并将所述第一中频信号输出给所述第一光电探测器(601)；所述第一光电探测器(601)将第一中频信号转换为第一射频信号，所述第一射频信号依次通过所述第一带通滤波器(701)、第一低噪声放大器(801)和第二带通滤波器(702)进行一次滤波、放大、二次滤波后得到瑞利散射信号，所述瑞利散射信号接入所述双通道数据采集与处理模块(13)的第一通道。
所述第四光纤耦合器(212)使接入的激光和背向散射光相干产生第二中频信号，并将所述第二中频信号输出给所述第二光电探测器(602)；所述第二光电探测器(602)将第二中频信号转换为第二射频信号，所述第二射频信号依次通过所述第三带通滤波器(711)、第二低噪声放大器(802)和第四带通滤波器(712)进行一次滤波、放大、二次滤波后得到布里渊散射信号，所述布里渊散射信号接入所述混频器的信号输入端；所述频率合成器(10)输出的本地振荡信号接入所述混频器(11)的本地振荡输入端，所述混频器(11)将布里渊散射信号和本地振荡信号进行混频，得到基带信号，所述基带信号通过所述低通滤波器(12)滤波后，接入所述双通道数据采集与处理模块(13)的第二通道。
所述双通道数据采集与处理模块(13)提取第一通道采集的瑞利散射信号的功率信息，根据瑞利散射信号的功率信息得到被测光纤的衰减信息，并对提取的功率信息进行傅里叶变换，得到被测光纤的振动信息；同时所述双通道数据采集与处理模块(13)提取第二通道采集的布里渊散射信号的时域、频域和功率信息，同时对被测光纤各位置对应的布里渊频点进行拟合，得到布里渊频谱的中心频率。
所述双通道数据采集与处理模块(13)将被测光纤的衰减信息、振动信息以及布里渊频谱的中心频率输出给所述计算机(14)，所述计算机(14)对所述数据采集与处理模块(13)进行控制，并显示被测光纤的衰减信息、振动信息、温度信息和应变信息。
所述双通道数据采集与处理模块(13)发送控制命令所述激光器(1)，用于控制所述激光器(1)的输出频率；
同时所述双通道数据采集与处理模块(13)产生电脉冲，所述电脉冲驱动所述声光调制器(3)将激光调制成光脉冲。
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：
本发明提供的多功能分布式光纤传感装置设有激光器、第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、第三光纤耦合器、第四光纤耦合器、声光调制器、光纤环形器、光接口、第一光电探测器、第二光电探测器、第一带通滤波器、第二带通滤波器、第三带通滤波器、第四带通滤波器、第一低噪声放大器、第二低噪声放大器、光开关、频率合成器、混频器、低通滤波器、双通道数据采集与处理模块以及计算机，采用传感光信号的直接切换控制和双通道数据采集与处理模块有针对性地对瑞利散射信号和布里渊散射信号进行相应处理，最终实现对被测光纤的衰减、振动、温度和应变信息的多功能监测和显示；
本发明提供的技术方案充分考虑到了被测光纤中的瑞利散射信号和布里渊散射信号的不同提取与处理方式，利用光开关灵活切换测量模式，并通过相应的算法及配套硬件实现被测光纤的衰减、振动、温度和应变等的同时测量；
本发明提供的技术方案将瑞利散射测温/测应变与布里渊散射测温/测应变技术相融合，利用瑞利温度、应变系数和布里渊温度、应变系数以及温度/应变数据得到具体的温度信息和应变信息，从而克服了瑞利散射和布里渊散射测温度/应变的交叉敏感问题，实现了被测光纤温度和应变信息的精确解调；
本发明提供的技术方案将信号的模拟变化、分离技术与双通道数字信号处理技术相结合，信号提取与处理效率高，实用性更好，便于装置的商用化开发。
附图说明
图1是本发明实施例中多功能分布式光纤传感装置结构图；
图2是本发明实施例中瑞利散射信号的功率提取结果示意图；
图3是本发明实施例中用于振动频率测量的瑞利散射信号存放与某具体位置对应的数据提取示意图；
图4是本发明实施例中分布式振动频率测量结果示意图；
图5是本发明实施例中逐频点扫描测量瑞利频谱与瑞利频移提取示意图；
图6是本发明实施例中逐频点扫描测量布里渊频谱示意图；
图7是本发明实施例中提取到的布里渊频谱的中心频率示意图；
图中，1-激光器，201-第一光纤耦合器，202-第二光纤耦合器，211-第三光纤耦合器，212-第四光纤耦合器，3-声光调制器，4-光纤环形器，5-光接口，601-第一光电探测器，602-第二光电探测器，701-第一带通滤波器，702-第二带通滤波器，711-第三带通滤波器，712-第四带通滤波器，801第一低噪声放大器，802-第二低噪声放大器，9-光开关，10-频率合成器，11-混频器，12-低通滤波器，13-双通道数据采集与处理模块，14-计算机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明提供一种多功能分布式光纤传感装置，具体结构如图1所示，包括激光器1、第一光纤耦合器201、第二光纤耦合器202、第三光纤耦合器211、第四光纤耦合器212、声光调制器3、光纤环形器4、光接口5、第一光电探测器601、第二光电探测器602、第一带通滤波器701、第二带通滤波器702、第三带通滤波器711、第四带通滤波器712、第一低噪声放大器801、第二低噪声放大器802、光开关9、频率合成器10、混频器11、低通滤波器12、双通道数据采集与处理模块13以及计算机14；上述的第二光纤耦合器202选用Y型的3dB耦合器，第三光纤耦合器211和第四光纤耦合器212均采用X型的3dB耦合器，光开关9选用1×2光路切换类型的开关，声光调制器3对输入激光的频移为200MHz，上述的第一光电探测器601和第二光电探测器均选用(602)平衡光电探测器，其中的第一带通滤波器701和第二带通滤波器702的中心频率均为200MHz，两者的带宽均为10MHz，第二光电探测器602的带宽大于12GHz，第二低噪声放大器802的增益带宽大于12GHz，第三带通滤波器711和第四带通滤波器712的通带宽度在布里渊电频谱斯托克斯分量中心频率左右各150MHz范围，且低通滤波器12的通带宽度为10MHz。它们之间的连接关系具体如下：
激光器1的输出端连接第一光纤耦合器201的输入端，第一光纤耦合器201的第一输出端连接声光调制器3的输入端，第一光纤耦合器201的第二输出端连接第二光纤耦合器202的输入端；声光调制器3的输出端接入光纤环形器4的第一端口，光纤环形器4的第二端口通过光接口5连接被测光纤，光纤环形器4的第三端口连接光开关9的输入端，光开关9的第一输出端连接第三光纤耦合器211的第二输入端，光开关9的第二输出端连接第四光纤耦合器212的第二输入端；第二光纤耦合器202的第一输出端连接第三光纤耦合器211的第一输入端，第二光纤耦合器202的第二输出端连接第四光纤耦合器212的第一输出端；第三光纤耦合器211的输出端连接第一光电探测器601，第一光电探测器601依次通过第一带通滤波器701、第一低噪声放大器801和第二带通滤波器702接入双通道数据采集与处理模块13的第一通道；第四光纤耦合器212的输出端连接第二光电探测器602，第二光电探测器602依次通过第三带通滤波器711、第二低噪声放大器802和第四带通滤波器712接入混频器11的信号输入端，频率合成器10的输出端连接混频器11的本地振荡输入端，混频器11的输出端通过低通滤波器12连接双通道数据采集与处理模块13的第二通道，双通道数据采集与处理模块13的输出端连接计算机14。
激光器1发出的激光经第一光纤耦合器201分成两路，其中一路激光经声光调制器3调制成光脉冲，另一路激光接入第二光纤耦合器202。
光脉冲接入光纤环形器4的第一端口，光纤环形器4的第二端口输出光脉冲，光脉冲经光接口5注入被测光纤。
光脉冲在被测光纤中的背向散射光经光接口5进入光纤环形器4的第二端口，再经过光纤环形器4的第三端口接入光开关9；
第二光纤耦合器202将输入其中的激光分成两路，其中一路激光接入第三光纤耦合器211，另一路激光输入第四光纤耦合器212。
第三光纤耦合器211使接入的激光和背向散射光相干产生第一中频信号，并将第一中频信号输出给第一光电探测器601；第一光电探测器601将第一中频信号转换为第一射频信号，第一射频信号依次通过第一带通滤波器701、第一低噪声放大器801和第二带通滤波器702进行一次滤波、放大、二次滤波后得到瑞利散射信号，瑞利散射信号接入双通道数据采集与处理模块13的第一通道。
第四光纤耦合器212使接入的激光和背向散射光相干产生第二中频信号，并将第二中频信号输出给第二光电探测器602；第二光电探测器602将第二中频信号转换为第二射频信号，第二射频信号依次通过第三带通滤波器711、第二低噪声放大器802和第四带通滤波器712进行一次滤波、放大、二次滤波后得到布里渊散射信号，布里渊散射信号接入混频器的信号输入端；频率合成器10输出的本地振荡信号接入混频器11的本地振荡输入端，混频器11将布里渊散射信号和本地振荡信号进行混频，得到基带信号，基带信号通过低通滤波器12滤波后，接入双通道数据采集与处理模块13的第二通道。
双通道数据采集与处理模块13提取第一通道采集的瑞利散射信号的功率信息，根据瑞利散射信号的功率信息得到被测光纤的衰减信息，并对提取的功率信息进行傅里叶变换，得到被测光纤的振动信息；同时双通道数据采集与处理模块13提取第二通道采集的布里渊散射信号的时域、频域和功率信息，同时对被测光纤各位置对应的布里渊频点进行拟合，得到布里渊频谱的中心频率。
双通道数据采集与处理模块13将被测光纤的衰减信息、振动信息以及布里渊频谱的中心频率输出给计算机14，计算机14对数据采集与处理模块(13)进行控制，并显示被测光纤的衰减信息、振动信息、温度信息和应变信息。
双通道数据采集与处理模块13发送控制命令激光器1，用于控制激光器1的输出频率；
同时双通道数据采集与处理模块13产生电脉冲，电脉冲驱动声光调制器3将激光调制成光脉冲。
本发明实施例提供的多功能分布式光纤传感装置支持选择瑞利散射信号测量模式和布里渊散射信号测量模式等不同的测量模式，以下对两种测量模式分别进行说明：
(1)在计算机14的软件界面上选择瑞利散射信号测量模式时，具体过程如下：
计算机14与双通道数据采集与处理模块13通信，并通过双通道数据采集与处理模块13发送命令使光开关9的输出接入第三光纤耦合器211的另一输入端；第三光纤耦合器211的输出端连接第一光电探测器601；
在第三光纤耦合器211中，输入其中的激光和背向散射光相干，产生的第一中频信号经第一光电探测器601转换成第一射频信号输出给第一带通滤波器701，第一射频信号经第一带通滤波器701、第一低噪声放大器801和第二带通滤波器702后接入双通道数据采集与处理模块13的第一通道；
双通道数据采集与处理模块13对第一通道采集到的瑞利散射信号进行分析和处理得到被测光纤的衰减信息、沿线振动频率信息、温度信息和应变信息，具体如下：
1)获取被测光纤的衰减信息：双通道数据采集与处理模块13的第一通道采集到的瑞利散射信号经数字下变频、数字低通滤波后，提取出被测光纤的沿线各位置处的瑞利散射信号的功率信息，如图2所示；
2)获取被测光纤沿线的振动信息：双通道数据采集与处理模块13对第一通道采集到的数据进行各个位置点的振动频率提取时，如图3所示，先保存200条关于光纤沿线各个位置与散射功率的数据，再对光纤沿线各个位置对应的200个功率值进行快速傅里叶变换，得到对应光纤沿线各个位置的振动信息，如图4所示；
3)获取被测光纤的沿线温度信息和应变信息：双通道数据采集与处理模块13发出控制命令改变激光器1的输出频率，并记录频率信息，接着双通道数据采集与处理模块13采集并提取出对应激光器1的输出频率的光纤沿线各位置处的瑞利散射信号的功率信息；双通道数据采集与处理模块13发送控制命令给激光器1按一定频率步进改变激光器1的输出频率，并提取出对应激光器1的输出频率的光纤沿线各位置处的瑞利散射信号的功率信息，最终获得关于瑞利散射频率、功率和光纤沿线位置的三维瑞利散射谱，如图5所示；通过对两次测量得到的三维瑞利散射谱求相关运算，得到瑞利散射频移量，并结合瑞利频移系数得出被测光纤沿线的温度信息和应变信息。
(2)在计算机14的软件界面上选择布里渊散射信号测量模式时，具体过程如下：
计算机14与双通道数据采集与处理模块13通信，并通过双通道数据采集与处理模块13发送控制命令使光开关9的输出接入第四光纤耦合器212的另一输入端；第四光纤耦合器212的输出端连接第二光电探测器602；
在第四光纤耦合器212中，输入其中的激光和背向散射光相干，产生的第二中频信号经第二光电探测器602转换成第二射频信号输出；第二射频信号经第三带通滤波器711、第二低噪声放大器802和第四带通滤波器712后接入混频器11的信号输入端；
频率合成器10输出的本地振荡信号接入混频器11的本地振荡输入端，混频器11将布里渊散射信号和本地振荡信号进行混频，得到基带信号，基带信号通过低通滤波器12滤波后，接入双通道数据采集与处理模块13的第二通道。
双通道数据采集与处理模块13发送控制命令控制频率合成器10产生不同频率的本地振荡信号，逐点扫描布里渊散射谱中的频点，接着经混频器11和低通滤波器12转换成基带信号，并由双通道数据采集与处理模块13的第二通道采集得到关于布里渊散射频率、功率和光纤沿线位置的三维布里渊散射谱，如图6所示；通过数据拟合算法，得到光纤沿线位置及其对应的布里渊谱的中心频率，如图7所示，通过将两次测量的结果作差，得到被测光纤沿线的温度信息和应变信息。
根据上述多功能分布式光纤传感装置支持的不同测量模式，双通道数据采集与处理模块13中根据瑞利散射信号测量模式和布里渊散射信号测量模式下得到的温度信息和应变信息，结合瑞利温度系数、瑞利应变系数、布里渊温度系数和布里渊应变系数，求解出具体的温度信息和应变信息。
本发明实施例提供的多功能分布式光纤传感装置设有激光器1、第一光纤耦合器201、第二光纤耦合器202、第三光纤耦合器211、第四光纤耦合器212、声光调制器3、光纤环形器4、光接口5、第一光电探测器601、第二光电探测器602、第一带通滤波器701、第二带通滤波器702、第三带通滤波器711、第四带通滤波器712、第一低噪声放大器801、第二低噪声放大器802、光开关9、频率合成器10、混频器11、低通滤波器12、双通道数据采集与处理模块13以及计算机14，采用传感光信号的直接切换控制和双通道数据采集与处理模块有针对性地对瑞利散射信号和布里渊散射信号进行相应处理，最终实现对被测光纤的衰减、振动、温度和应变信息的多功能监测和显示。本发明实施例采用上述技术手段的优点如下：
一方面，本发明实施例提供的技术方案充分考虑到了被测光纤中的瑞利散射信号和布里渊散射信号的不同提取与处理方式，利用光开关灵活切换测量模式，并通过相应的算法及配套硬件实现被测光纤的衰减、振动、温度和应变等的同时测量；
另一方面，本发明实施例将瑞利散射测温/测应变与布里渊散射测温/测应变技术相融合，利用瑞利温度、应变系数和布里渊温度、应变系数以及温度/应变数据得到具体的温度信息和应变信息，从而克服了瑞利散射和布里渊散射测温度/应变的交叉敏感问题；与现有技术相比，本发明实施例将信号的模拟变化、分离技术与双通道数字信号处理技术相结合，信号提取与处理效率高，实用性更好，便于装置的商用化开发。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (10)
1.一种多功能分布式光纤传感装置，其特征在于，包括激光器(1)、第一光纤耦合器(201)、第二光纤耦合器(202)、第三光纤耦合器(211)、第四光纤耦合器(212)、声光调制器(3)、光纤环形器(4)、光接口(5)、第一光电探测器(601)、第二光电探测器(602)、第一带通滤波器(701)、第二带通滤波器(702)、第三带通滤波器(711)、第四带通滤波器(712)、第一低噪声放大器(801)、第二低噪声放大器(802)、光开关(9)、频率合成器(10)、混频器(11)、低通滤波器(12)、双通道数据采集与处理模块(13)以及计算机(14)；
所述激光器(1)的输出端连接所述第一光纤耦合器(201)的输入端，所述第一光纤耦合器(201)的第一输出端连接所述声光调制器(3)的输入端，所述第一光纤耦合器(201)的第二输出端连接所述第二光纤耦合器(202)的输入端；所述声光调制器(3)的输出端接入所述光纤环形器(4)的第一端口，所述光纤环形器(4)的第二端口通过所述光接口(5)连接被测光纤，所述光纤环形器(4)的第三端口连接所述光开关(9)的输入端，所述光开关(9)的第一输出端连接所述第三光纤耦合器(211)的第二输入端，所述光开关(9)的第二输出端连接所述第四光纤耦合器(212)的第二输入端；所述第二光纤耦合器(202)的第一输出端连接所述第三光纤耦合器(211)的第一输入端，所述第二光纤耦合器(202)的第二输出端连接第四光纤耦合器(212)的第一输出端；所述第三光纤耦合器(211)的输出端连接所述第一光电探测器(601)，所述第一光电探测器(601)依次通过所述第一带通滤波器(701)、第一低噪声放大器(801)和第二带通滤波器(702)接入所述双通道数据采集与处理模块(13)的第一通道；所述第四光纤耦合器(212)的输出端连接所述第二光电探测器(602)，所述第二光电探测器(602)依次通过所述第三带通滤波器(711)、第二低噪声放大器(802)和第四带通滤波器(712)接入所述混频器(11)的信号输入端，所述频率合成器(10)的输出端连接所述混频器(11)的本地振荡输入端，所述混频器(11)的输出端通过所述低通滤波器(12)连接所述双通道数据采集与处理模块(13)的第二通道，所述双通道数据采集与处理模块(13)的输出端连接所述计算机(14)。
2.根据权利要求1所述的多功能分布式光纤传感装置，其特征在于，所述激光器(1)发出的激光经所述第一光纤耦合器(201)分成两路，其中一路激光经所述声光调制器(3)调制成光脉冲，另一路激光接入所述第二光纤耦合器(202)。
3.根据权利要求2所述的多功能分布式光纤传感装置，其特征在于，所述光脉冲接入所述光纤环形器(4)的第一端口，所述光纤环形器(4)的第二端口输出光脉冲，所述光脉冲经所述光接口(5)注入被测光纤。
4.根据权利要求3所述的多功能分布式光纤传感装置，其特征在于，所述光脉冲在被测光纤中的背向散射光经所述光接口(5)进入所述光纤环形器(4)的第二端口，再经过所述光纤环形器(4)的第三端口接入所述光开关(9)。
5.根据权利要求4所述的多功能分布式光纤传感装置，其特征在于，所述第二光纤耦合器(202)将输入其中的激光分成两路，其中一路激光接入所述第三光纤耦合器(211)，另一路激光输入所述第四光纤耦合器(212)。
6.根据权利要求5所述的多功能分布式光纤传感装置，其特征在于，所述第三光纤耦合器(211)使接入的激光和背向散射光相干产生第一中频信号，并将所述第一中频信号输出给所述第一光电探测器(601)；所述第一光电探测器(601)将第一中频信号转换为第一射频信号，所述第一射频信号依次通过所述第一带通滤波器(701)、第一低噪声放大器(801)和第二带通滤波器(702)进行一次滤波、放大、二次滤波后得到瑞利散射信号，所述瑞利散射信号接入所述双通道数据采集与处理模块(13)的第一通道。
7.根据权利要求6所述的多功能分布式光纤传感装置，其特征在于，所述第四光纤耦合器(212)使接入的激光和背向散射光相干产生第二中频信号，并将所述第二中频信号输出给所述第二光电探测器(602)；所述第二光电探测器(602)将第二中频信号转换为第二射频信号，所述第二射频信号依次通过所述第三带通滤波器(711)、第二低噪声放大器(802)和第四带通滤波器(712)进行一次滤波、放大、二次滤波后得到布里渊散射信号，所述布里渊散射信号接入所述混频器的信号输入端；所述频率合成器(10)输出的本地振荡信号接入所述混频器(11)的本地振荡输入端，所述混频器(11)将布里渊散射信号和本地振荡信号进行混频，得到基带信号，所述基带信号通过所述低通滤波器(12)滤波后，接入所述双通道数据采集与处理模块(13)的第二通道。
8.根据权利要求7所述的多功能分布式光纤传感装置，其特征在于，所述双通道数据采集与处理模块(13)提取第一通道采集的瑞利散射信号的功率信息，根据瑞利散射信号的功率信息得到被测光纤的衰减信息，并对提取的功率信息进行傅里叶变换，得到被测光纤的振动信息；同时所述双通道数据采集与处理模块(13)提取第二通道采集的布里渊散射信号的时域、频域和功率信息，同时对被测光纤各位置对应的布里渊频点进行拟合，得到布里渊频谱的中心频率。
9.根据权利要求8所述的多功能分布式光纤传感装置，其特征在于，所述双通道数据采集与处理模块(13)将被测光纤的衰减信息、振动信息以及布里渊频谱的中心频率输出给所述计算机(14)，所述计算机(14)对所述数据采集与处理模块(13)进行控制，并显示被测光纤的衰减信息、振动信息、温度信息和应变信息。
10.根据权利要求1所述的多功能分布式光纤传感装置，其特征在于，所述双通道数据采集与处理模块(13)发送控制命令所述激光器(1)，用于控制所述激光器(1)的输出频率；
同时所述双通道数据采集与处理模块(13)产生电脉冲，所述电脉冲驱动所述声光调制器(3)将激光调制成光脉冲。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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