CN111473952A - 光纤传感装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种光纤传感装置，包括：光产生器，用于产生探测光信号；第一耦合器，用于将探测光信号分成第一路、第二路光信号；移频器，用于被使能时，调整第一路光信号的频率；光环形器，用于将第二路光信号注入到待测光纤，并产生混合散射光信号；光选择子装置，用于在移频器去使能时，输出第一波长的散射光信号；在移频器被使能时，输出第二波长的散射光信号；第二耦合器，用于在移频器去使能时，将第一波长的散射光信号进行自耦合；在移频器被使能时，将第二波长的散射光信号与调整频率后的第一路光信号进行耦合；处理器子装置，用于基于耦合后的光信号，确定待测光纤对应的参数信息。

Description

光纤传感装置

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，尤其涉及一种光纤传感装置。

背景技术

分布式光纤传感装置利用光纤既能传感又能传输信号的特性实现对光纤沿线振动、应变、温度等物理量的长距离连续测量，因此，分布式光纤传感装置在多个领域(如，电力、石化、交通、土木及航天等)具有十分广阔的应用前景。上述多个领域的实际应用中，事件或故障的发生通常表现为多个参数(如，振动、温度及应变等)的改变，用户为了更全面地了解工程状况，往往需要同时对多个参数(如，振动、温度及应变等)进行全方位实时监控。然而，相关技术中，一般需要配备至少两套不同的分布式光纤传感装置以及两根待测光纤才能满足同时测量光纤多个参数(如，振动、温度及应变等)的要求，这样，不但设备投资成本大，而且也浪费了大量的光纤资源。

发明内容

为解决现有存在的技术问题，本发明实施例提出一种光纤传感装置，能够实现同时测量待测光纤的多个参数，从而降低了设备投资成本，减少了光纤资源的浪费。

本发明实施例提供了一种光纤传感装置，包括：光产生器、第一耦合器、移频器、光环形器、光选择子装置、第二耦合器及处理子装置；其中，

所述光产生器，用于产生探测光信号；

所述第一耦合器，用于将产生的探测光信号分成第一路光信号和第二路光信号；

所述移频器，用于被使能时，调整所述第一路光信号的频率；

所述光环形器，用于将所述第二路光信号注入到待测光纤，并产生混合散射光信号；

所述光选择子装置，用于将产生的混合散射光信号分离出第一波长、第二波长的散射光信号；并在所述移频器去使能时，输出第一波长的散射光信号；或者，在所述移频器被使能时，输出第二波长的散射光信号；

所述第二耦合器，用于在所述移频器去使能时，将第一波长的散射光信号进行自耦合；或者，在所述移频器被使能时，将第二波长的散射光信号与调整频率后的第一路光信号进行耦合；

所述处理器子装置，用于基于耦合后的光信号，确定所述待测光纤对应的参数信息。

上述方案中，所述装置还包括控制器，用于：

接收第一指令；所述第一指令表征测量所述待测光纤的振动信息；

使能所述移频器；

或者，

接收第二指令；所述第二指令表征测量所述待测光纤的温度信息与应力信息；

去使能所述移频器。

上述方案中，所述光选择子装置包含波分复用器及光开关；其中，

所述波分复用器，用于将输出的混合散射光信号进行分离处理，并将分离得到的第一波长的散射光信号及第二波长的散射光信号分别从第一信道及第二信道输出；

所述光开关，用于在所述移频器去使能时，选择第一信道，以输出所述第一波长的散射光信号；或者，在所述移频器被使能时，选择第二信道，以输出所述第二波长的散射光信号。

上述方案中，所述光选择子装置还包括：第一滤波器及第二滤波器，用于对相应信道的散射光信号进行滤波；

所述光开关，用于在所述移频器去使能时，选择第一信道，以输出滤波后的第一波长的散射光信号；或者，在所述移频器被使能时，选择第二信道，以输出滤波后的第二波长的散射光信号。

上述方案中，所述光产生器，具体用于产生线宽小于3KHz的激光探测光信号。

上述方案中，所述第一耦合器和/或所述第二耦合器的耦合比均为1:2。

上述方案中，所述装置还包括调制器，用于调整所述第二路光信号的强度；

所述光环形器，用于将调整强度后的第二路光信号注入到待测光纤，并输出所述探测光纤产生的混合散射光信号。

上述方案中，所述调制器包括声光调制器。

上述方案中，所述装置还包括：光放大器，用于放大所述第二路光信号；

所述光环形器，用于将放大后的第二路光信号注入到待测光纤，并输出所述探测光纤产生的混合散射光信号。

上述方案中，所述处理器子装置包括：光探测器和处理器；其中：

所述光探测器，用于测量耦合后的光信号的强度；

所述处理器，用于基于测量的耦合后光信号的强度，确定所述待测光纤对应的参数信息。

本发明实施例提供了一种光纤传感装置，包括：光产生器、第一耦合器、移频器、光环形器、光选择子装置、第二耦合器及处理子装置；其中，所述光产生器，用于产生探测光信号；所述第一耦合器，用于将产生的探测光信号分成第一路光信号和第二路光信号；所述移频器，用于被使能时，调整所述第一路光信号的频率；所述光环形器，用于将所述第二路光信号注入到待测光纤，并产生混合散射光信号；所述光选择子装置，用于将产生的混合散射光信号分离出第一波长、第二波长的散射光信号；并在所述移频器去使能时，输出第一波长的散射光信号；或者，在所述移频器被使能时，输出第二波长的散射光信号；所述第二耦合器，用于在所述移频器去使能时，将第一波长的散射光信号进行自耦合；或者，在所述移频器被使能时，将第二波长的散射光信号与调整频率后的第一路光信号进行耦合；所述处理器子装置，用于基于耦合后的光信号，确定所述待测光纤对应的参数信息。本发明实施例在待测光纤发生多种散射，产生混合散色光信号时，通过控制光选择子装置将混合散色光信号中用于测量不同参数的不同散射光信号进行分离并单独输出；同时，通过控制移频器的使能状态，可以满足用于测量不同参数的不同散射光信号的耦合处理要求。也就是说，本发明实施例的光纤传感装置能够满足不同参数的不同测试条件要求，即将不同参数的测量环境集成在同一装置中，如此，能够实现同时测量待测光纤的多个参数，降低了设备投资成本，减少了光纤资源的浪费。

附图说明

图1为本发明实施例光纤传感装置的结构组成示意图；

图2为本发明实施例光纤传感装置的硬件结构示意图；

图3为本发明实施例光纤传感装置中光选择子装置的硬件结构示意图；

图4为本发明应用实施例光纤传感装置的硬件结构示意图；

图5为本发明应用实施例光纤传感装置测量振动参数时的硬件结构连接示意图；

图6为本发明应用实施例光纤传感装置测量温度参数、应力参数时的硬件结构连接示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对发明的具体技术方案做进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

分布式光纤传感装置能对沿光纤线路范围内的对象进行远程和实时的安全监测，分布式光纤传感装置中主要运用以下两种分布式光纤传感技术：

1、基于瑞利散射的分布式光纤传感技术

瑞利散射是入射光与介质中的微观粒子发生弹性碰撞引起的，散射光的频率与入射光的频率相同。瑞利散射的原理是，沿光纤传播的光在纤芯内各点都会有损耗，一部分光沿着与光纤传播方向成180°的方向散射，返回光源。利用分析光纤中后向散射光(指沿着与光纤传播方向成180°的方向的散射光)测量因散射、吸收等原因产生的光纤传输损耗和各种结构缺陷引起的结构性损耗，通过显示损耗与光纤长度的关系来检测外界信号场分布于光纤上的扰动信息。

当外界有振动或扰动等事件作用于传感光纤时，将引起该区域光纤的长度和折射率等光学传感特性发生改变，进而引起光纤中所传输光的相位变化。这也就是普遍存在于塑料、玻璃等非晶体中的光弹效应。无论是轴向压力还是纵向拉力，都与外界施加的压力成正比。根据这种光弹效应，光纤所受到的外界振动信息能均被准确检测到，这也就是分布式光纤振动传感器的探测机理。当光纤某处发生振动事件时，相应位置的相位发生改变，进而引发后向散射光的光强变化。通过对这种光强变化量的分析，就可以反向推算出振动相关的信息。因此，瑞利散射可以用来检测传感光纤的振动信息。

2、基于布里渊散射的分布式光纤传感技术

布里渊散射是泵浦光子、斯托克斯光子与声子间的相互作用，其过程是一个泵浦光子转换成一个新的频率较低的斯托克斯光子并同时产生一个新的声子；同时，一个泵浦光子也可以吸收一个声子的能量转换成一个新的频率较高的反斯托克斯光子。因此，在自发布里渊散射光谱中，同时存在能量相当的斯托克斯和反斯托克斯两条谱线。布里渊散射相对泵浦光有一个频移，此为布里渊频移。布里渊频移和功率与光纤所处环境温度和所承受的应变在一定条件下呈线性变化关系。因此，在已知温度、应变系数的情况下，测定布里渊散射信号的频移和功率，可以得到温度和应变信息。因此，布里渊散射可以用来检测传感光纤的温度信息和应变信息。

相关技术中，利用瑞利散射来测量光纤振动信息的装置称为相位光时域反射(英文可以表达为phi-OTDR)仪；利用布里渊散射来测量光纤温度信息和应变信息的装置称为布里渊光时域反射(英文可以表达为B-OTDR)仪。也就是说，相关技术中，如果要通过对phi-OTDR和B-OTDR的监测，实现待测光纤距离、损耗、振动、应变的具体指标，需要分别搭建两种不同的光路和电路系统，即一般需要配备至少两套不同的分布式光纤传感装置以及两根光纤才能满足同时测量待测光纤多个参数的要求，这样，不但设备投资成本大，而且也浪费了大量的光纤资源。

基于此，在本发明实施例的各种实施例中，在待测光纤发生多种散射，产生混合散色光信号时，通过控制光选择子装置将混合散色光信号中用于测量不同参数的不同散射光信号进行分离并单独输出；同时，通过控制移频器的使能状态，可以满足用于测量不同参数的不同散射光信号的耦合处理要求。也就是说，本发明实施例的光纤传感装置能够满足不同参数的不同测试条件要求，即将不同参数的测量环境集成在同一装置中，如此，能够实现同时测量待测光纤的多个参数，从而降低了设备投资成本，减少了光纤资源的浪费。

图1示出了本发明实施例光纤传感装置的结构组成图，本发明实施例的光纤传感装置100包括：光产生器101、第一耦合器102、移频器103、光环形器104、光选择子装置105、第二耦合器106及处理子装置107；其中，

所述光产生器101，用于产生探测光信号；

所述第一耦合器102，用于将产生的探测光信号分成第一路光信号和第二路光信号；

所述移频器103，用于被使能时，调整所述第一路光信号的频率；

所述光环形器104，用于将所述第二路光信号注入到待测光纤，并产生混合散射光信号；

所述光选择子装置105，用于将产生的混合散射光信号分离出第一波长、第二波长的散射光信号；并在所述移频器103去使能时，输出第一波长的散射光信号；或者，在所述移频器103被使能时，输出第二波长的散射光信号；

所述第二耦合器106，用于在所述移频器103去使能时，将第一波长的散射光信号进行自耦合；或者，在所述移频器103被使能时，将第二波长的散射光信号与调整频率后的第一路光信号进行耦合；

所述处理器子装置107，用于基于耦合后的光信号，确定所述待测光纤对应的参数信息。

本发明实施例中光纤的多个参数可以包括振动、温度及应变，但不限于此。以下以同时需要测量振动信息、温度信息及应变信息为例进行说明。

图2中示出了本发明实施例光纤传感装置的硬件结构示意图，下面结合图2对本发明实施例光纤传感装置进行详细说明。

图2中各硬件结构之间的光信号可以采用传输光信号的介质，如光纤进行连接。

需要说明的是，图2中的虚线连线表示，移频器103所在的支路与光选择子装置105的输出支路属于可控制的状态，即可以控制移频器103的使能状态及光选择子装置的输出光信号。

这里，所述光产生器101的输出端与所述第一耦合器102的输入端连接。光产生器101可以产生发生散射所需的高功率、窄脉冲探测光信号。

实际应用中，所述光产生器101可以为窄线宽光纤激光器，这里，窄线宽具体可以为线宽小于3KHz。

基于此，在一实施例中，所述光产生器101，具体用于产生线宽小于3KHz的激光探测光信号。

所述第一耦合器102的输入端与所述光产生器的输出端连接，且第一耦合器102的一路输出端与所述光环形器103连接，另一路输出端与所述移频器的输入端连接。第一耦合器102可以将接收的探测光信号分成第一路光信号和第二路光信号；

实际应用中，第一路光信号和第二路光信号的分光比例可以是1:1。也就是说，第一耦合器102的耦合比为1:2。

实际应用中，第一耦合器102可以为光纤耦合器，用于实现光信号分路，属于光被动元件领域，具体可以是Y型分支的元件，以将由一根光纤输入的光信号等分。

所述移频器103的输入端与所述第一耦合器102的一路输出端连接，且移频器103的输出端与所述第二耦合器106输入端连接。移频器103可以在控制器的作用下，处于被使能状态即移频器103功能启动；或者去使能的状态及移频器103功能关闭。当移频器103功能启动，调整所述第一路光信号的频率，并输出调整频率后的第一路光信号；当移频器103功能关闭时，不输出信号。

实际应用中，所述移频器103被使能或去使能的状态与装置100最终需要测量的具体参数相关。

在一实施例中，所述装置100还包括控制器，用于：

接收第一指令；所述第一指令表征测量所述待测光纤的振动信息；

使能所述移频器103；

或者，

接收第二指令；所述第二指令表征测量所述待测光纤的温度信息与应力信息；

去使能所述移频器103。

实际应用中，考虑到用来测量振动信息的瑞利散射不会改变入射光的频率，因此，在侧量振动信息时，不要移频器103的参与；而用来测量温度信息与应力信息的布里渊散射会改变入射光的频率，产生的散射光会存在频移。因此，在侧量温度信息与应力信息时，需要移频器103的作用，才能得到更好的测量光。

实际应用中，移频器103可以根据布里渊频移与光纤所处环境温度和所承受的应变之间的关系来调整第一路光信号的频率，得到调整频率后的第一路光信号即参考光信号。具体地：将第一路光信号的频率移动参考温度、参考应力时对应的布里渊频移，如常温(25℃)对应的布里渊频移10.8GHz。

需要说明是的是，由于布里渊散射会极大的改变入射光的频率，在引入了频率移动的光信号后，可以利用布里渊散色光信号与移频后的光信号对照，测得实际的环境温度相对于参考温度、参考应力时的值，该种测量温度信息、应力信息的方式比单纯利用布里渊散色光信号与探测光信号之间频移直接测量温度信息、应力信息的方式(二者频率差异太大，很难实现精确的比较测量)更可行、更精确。

实际应用中，这里的控制器可以与后续的处理器合并在一个硬件中实现，也可以与处理器在不同的硬件中实现。

实际应用中，实际应用中，所述光环形器104是一种多端口的具有非互易特性的光器件。光信号由任一端口输入时，都能按顺序从下一端口以很小的损耗输出。

为了获得质量更佳的探测光信号，提高测量精度，可以增加调制器。

基于此，在一实施例中，所述装置100还包括调制器，用于调整所述第二路光信号的强度；

所述光环形器104，用于将调整强度后的第二路光信号注入到待测光纤，并输出所述探测光纤产生的混合散射光信号。

其中，优选地，所述调制器包括声光调制器。

实际应用中，声光调制器是控制激光束强度变化的声光器件。声光调制技术比光源的直接调制技术有高得多的调制频率，与电光调制技术相比，它有更高的消光比(一般大于1000：1)，更低的驱动功率，更优良的温度稳定性和更好的光点质量。这里，消光比，是指激光器在发射全“1”码时的光功率P1与全“0”码时发射的光功率P0之比。

为了提高探测光信号传输过程中的信噪比，以适应长距离、大容量、高速率的光纤的传输，可以增加放大器。

基于此，在一实施例中，所述装置100还包括：光放大器，用于放大所述第二路光信号；

所述光环形器104，用于将放大后的第二路光信号注入到待测光纤，并输出所述探测光纤产生的混合散射光信号。

其中，优选地，所述光放大器包括掺铒光纤放大器。

实际应用中，掺铒光纤放大器是一种特殊的光纤，在纤芯中注入了饵(Er)这种稀土元素，使得在泵浦光源作用下，可直接对某一波长的光信号进行放大。

实际应用中，所述光环形器104是一种多端口的具有非互易特性的光器件。光信号由任一端口输入时，都能按顺序从下一端口以很小的损耗输出。

实际应用中，所述光环形器104有多个端口，所述第二路光信号从光环形器104的第一端口(图2中光环形器的“1”端口)输入、所述测光纤从光环形器104的第二端口(图2中光环形器的“2”端口)输入；第二路光信号在待测光纤中发生瑞利散射和布里渊散射，即产生包括瑞利散射光信号和布里渊散射光信号的混合散射光线。所述混合散射光线沿待测光纤后向(指沿着与待测光纤传播方向成180°的方向)传输。所述光环形器104从第三端口(图2中光环形器的“3”端口)将所述混合散射光线输出。

所述光选择子装置105的输入端与所述光环形器104的一路输出端连接，且光选择子装置105的输出端与所述第二耦合器106的输入端连接。光选择子装置105与光环形器104之间，光选择子装置105与第二耦合器106之间采用一根光纤连接。

这里，所述第一波长的散射光信号的波长与第二路光信号的波长相同；所述第二波长的散射光信号的波长与第二路光信号的波长不同。实际应用时，所述第一波长的散射光信号可以为瑞利散射光信号；所述第二波长的散射光信号可以为布里渊散射光信号。

光选择子装置105将接收的混合散射光信号分离出第一波长的散射光信号及第二波长的散射光信号，并根据移频器的使能状态，输出不同波长的散射光信号，即在所述移频器103去使能时，输出所述第一波长的散射光信号；在所述移频器103被使能时，输出所述第二波长的散射光信。

其中，在一实施例中，所述光选择子装置105包含波分复用器及光开关；其中，

所述波分复用器，用于将输出的混合散射光信号进行分离处理，并将分离得到的第一波长的散射光信号及第二波长的散射光信号分别从第一信道及第二信道输出；

所述光开关，用于在所述移频器103去使能时，选择第一信道，以输出所述第一波长的散射光信号；或者，在所述移频器103被使能时，选择第二信道，以输出所述第二波长的散射光信号。

实际应用时，所述波分复用器能够在同一根光纤中同时让两个或两个以上的光波长信号通过不同光信道各自传输信息。

所述光开关可以根据所述移频器的使能状态来选择最终输出的信道。实际应用时，所述光开关可以在控制器的作用下自动切换闭合的通路，以选择输出的信道；所述光开关还可以在接收用户手动操作的作用下换闭合的通路，以选择输出的信道。

实际应用中，为了获得质量更好的光信号，可以对光信号进行滤波处理。

其中，在一实施例中，所述光选择子装置105还包括：第一滤波器及第二滤波器，用于对相应信道的散射光信号进行滤波；

所述光开关，用于在所述移频器103去使能时，选择第一信道，以输出滤波后的第一波长的散射光信号；或者，在所述移频器103被使能时，选择第二信道，以输出滤波后的第二波长的散射光信号。

实际应用中，光选择子装置105的硬件结构如图3所示。所述第一滤波器和所述第二滤波可以分别根据相应信道上散射光信号来进行设置。

所述第二耦合器106的一路输入端与移频器103的输出端连接，另一路输入端与光选择子装置105的输出端连接，且第二耦合器106的输出端与处理子装置107连接。第二耦合器106可以根据移频器103的使能状态实现对测量不同参数时使用不同散射光信号的不同耦合处理要求，即在所述移频器103去使能时，将第一波长的散射光信号进行自耦合；在所述移频器103被使能时，将第二波长的散射光信号与调整频率后的第一路光信号进行耦合。

实际应用中，所述耦合可以理解为光的干涉。第二波长的散射光信号和调整频率后的第一路光信号的混合光比例可以是1:1。也就是说，第一耦合器102的耦合比为1:2。

所述处理器子装置107的输入端与所述第二耦合器106输出端连接。实际应用时，所述处理器子装置107的输出端还可以与用于显示待测光纤对应的参数信息的显示装置连接。

其中，在一实施例中，所述处理器子装置107包括：光探测器和处理器；其中：

所述光探测器，用于测量耦合后的光信号的强度；

所述处理器，用于基于测量的耦合后光信号的强度，确定所述待测光纤对应的参数信息。

所述光探测器的输入端与第二耦合器106的输出端连接，且光探测器的输出端与处理器的输入端连接。光探测器可以测量第二耦合器的输出耦合后的光信号的强度。

实际应用时，第二耦合器106的输出的两种不同的耦合光信号，光探测器可以分别形成两种不同的耦合光信号的光强度波形图。

实际应用时，光探测器能检测出入射到其面上的光功率，并把这个光功率的变化转化为相应的电流，即光探测器将载有不同的耦合光信号的光强度的电信号发送给处理器。

所述处理器的输入端与光探测器的输出端连接。处理器可以基于光探测器测量的耦合后光信号的强度，确定所述待测光纤对应的参数信息。

这里，处理器可以对第二耦合器106的输出的两种不同的耦合光信号的光强度波形图，分析处理，得到待测光纤对应的参数信息。

实际应用时，当耦合光信号为第一波长的散射光信号的自耦合光信号时，即光探测器输出的是瑞利散射光信号对应的强度信息，处理器可以确定出待测光纤的振动信息。当耦合光信号为第二波长的散射光信号与调整频率后的第一路光信号耦合后的光信号时，即光探测器输出的是布里渊射光信号与参考光信号耦合后对应的强度信息，处理器可以确定出待测光纤的温度信息和应力信息。

本发明实施例提供了一种光纤传感装置，包括：光产生器、第一耦合器、移频器、光环形器、光选择子装置、第二耦合器及处理器子装置；其中，所述光产生器，用于产生探测光信号；所述第一耦合器，用于将产生的探测光信号分成第一路光信号和第二路光信号；所述移频器，用于被使能时，调整所述第一路光信号的频率；所述光环形器，用于将所述第二路光信号注入到待测光纤，并产生混合散射光信号；所述光选择子装置，用于将产生的混合散射光信号分离出第一波长、第二波长的散射光信号；并在所述移频器去使能时，输出第一波长的散射光信号；或者，在所述移频器被使能时，输出第二波长的散射光信号；所述第二耦合器，用于在所述移频器去使能时，将第一波长的散射光信号进行自耦合；或者，在所述移频器被使能时，将第二波长的散射光信号与调整频率后的第一路光信号进行耦合；所述处理器子装置，用于基于耦合后的光信号，确定所述待测光纤对应的参数信息。本发明实施例在待测光纤发生多种散射，产生混合散色光信号时，通过控制光选择子装置将混合散色光信号中用于测量不同参数的不同散射光信号进行分离并单独输出；同时，通过控制移频器的使能状态，可以满足用于测量不同参数的不同散射光信号的耦合处理要求。也就是说，本发明实施例的光纤传感装置能够满足不同参数的不同测试条件要求，即将不同参数的测量环境集成在同一装置中，如此，能够实现同时测量光纤的多个参数，降低了设备投资成本，减少了光纤资源的浪费。

本发明实施例中，一种应用场景是：所述光产生单元为窄线宽激光器；所述光选择子装置包括波分复用器、第一滤波器、第二滤波器及光开关；所述处理器子装置包括：光探测器和处理器；如图4所示，所述光纤传感装置包含：窄线宽激光器、第一耦合器、移频器、声光调制器、光放大器、光环形器、波分复用器、第一滤波器、第二滤波器、光开关、第二耦合器、光探测器及处理器；其中，

所述窄线宽激光器，用于产生线宽小于3KHz的激光探测光信号；所述第一耦合器，用于将产生的探测光信号分成第一路光信号和第二路光信号；所述移频器，用于被使能时，将第一路光信号的频率移动10.8GHz，得到参考光信号；所述声光调制器用于调整所述第二路光信号的强度，得到窄线宽、高消光比的脉冲调制光信号；所述光放大器用于用于放大所述脉冲调制光信号；所述光环形器，用于将放大后的脉冲调制光信号注入到待测光纤，并产生瑞利散射光信号和布里渊散射光信号的混合散射光线；所述波分复用器，用于将输出的混合散射光信号进行分离处理，并将分离得到的瑞利散射光信号及布里渊散射光信号分别从第一信道及第二信道输出；所述第一滤波器，用于对第一信道上的瑞利散射光信号进行滤波；所述第二滤波器，用于对第二信道上的布里渊散射光信号进行滤波；所述光开关，用于在所述移频器去使能时，选择第一信道，以输出滤波后的瑞利散射光信号；或者，在所述移频器被使能时，选择第二信道，以输出滤波后的布里渊散射光信号；所述第二耦合器，用于在所述移频器去使能时，将滤波后的瑞利散射的散射光信号进行自耦合；或者，在所述移频器被使能时，将滤波后布里渊散射的散射光信号与所述参考光信号进行耦合；所述光探测器，用于测量耦合后的光信号的强度；所述处理器，用于基于滤波后的瑞利散射的散射光信号进行自耦合后的光信号的强度，确定所述待测光纤的振动信息；或者，基于滤波后的布里渊散射的散射光信号与所述参考光信号进行耦合后的光信号的强度，确定所述待测光纤的温度信息、应力信息。

下面将分别对不同参数信息测量的具体流程进行更详细的说明。

本发明应用实施例光纤传感装置测量振动参数时的硬件结构连接示意图如图5所示，该连接方式相当于实现了phi-OTDR仪的功能。该连接方式下，测量振动信息具体流程如下：

(1)窄带激光器产生phi-OTDR所需的高功率窄脉冲探测光信号，经过第一耦合器、声光调制器、光放大器，得到一个窄线宽、高消光比的脉冲调制光信号；

(2)脉冲调制光信号经过光环形器，进入到待测光纤中；

(3)脉冲调制光信号在待测光纤中发生瑞利散射。瑞利散射光信号沿待测光纤后向传输，依次穿过光环形器、波分复用器、第一滤波器、光开关(光开关切换到上路)、第二耦合器，到达光探测器；

(4)由于探测光信号是窄线宽脉冲，因此在一个脉冲宽度内，各处瑞利散射光在光探测器能发生相干效应(即干涉)，相干光通过探测器转换为电信号，并发送给处理器

(5)当传感光纤某处发生振动时，散射光信号的相位发生变化，耦合光信号与光纤未发生振动时探测光信号相比，会有明显变化，通过处理器的信号处理，就可以解调得到传感光纤上的振动的信息。

需要说明的是，图5中移频器处于去使能状态，即不工作状态。

本发明应用实施例光纤传感装置测量温度、应力参数时的硬件结构连接示意图如图6所示，该连接方式相当于实现了B-OTDR仪的功能。该连接方式下，测量温度信息、应力信息具体流程如下：

(1)窄带激光器产生phi-OTDR所需的高功率窄脉冲探测光信号，通过一个1:2的第一耦合器将窄带激光器发出的探测光信号分为两路，一路通过一个移频器产生约10.8GHz的频移，作为本地光信号(相当于参考光信号)连接到一个1:2的第一耦合器的端口；另外一路作为待测光纤的探测光信号；

(2)探测光信号经过声光调制器、光放大器，得到一个窄线宽、高消光比的脉冲调制光信号；

(3)脉冲调制光信号经过光环形器，进入到待测光纤中；

(4)脉冲调制光信号在待测光纤中发生布里渊散射，散射光沿待测光纤后向传输，依次穿过波分复用器、第二滤波器、光开关(光开关切换到下路)，连接到1:2的第二耦合器的另一个端口；

(5)布里渊散射光信号和本地光信号的频率近似，因此能够在第二耦合器内发生相干效应(即干涉)。第二耦合器的公共端连接光探测器，用光探测器来检测相干光强度的变化。由于布里渊散射光信号的频移与传感光纤的温度、应力呈一定的函数关系，因此通过处理器的信号处理，解调出布里渊散射光信号相对于本地光信号的频移量，可以得到传感光纤的温度和应变相对对于本地光信号对应的参考温度、参考应力的变化，最终得到传感光纤的温度信息和应变信息。

本发明实施例的光纤传感装置能够满足不同参数的不同测试条件要求，即将不同参数的测量环境集成在同一装置中，节约了物料成本，同时节约体积和空间；同时，本发明实施例的光纤传感装置测量时通过控制切换相应的光器件即实现整个装置公用一根光纤(即各光器件均接入一根光纤中)，从而降低了光纤的开销，特别减少了长距离测量中光纤资源的浪费。

此外，本发明实施例中控制切换相应的光器件的速度快，不会因切换带来测量效率的降低。本发明实施例中将不同参数的测量环境集成在同一装置中，共用一个软件处理系统，也仅需一个通信接口，可以减少软件开销。

需要说明的是：“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

另外，本发明实施例所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种光纤传感装置，其特征在于，包括：光产生器、第一耦合器、移频器、光环形器、光选择子装置、第二耦合器及处理子装置；其中，

所述光产生器，用于产生探测光信号；

所述第一耦合器，用于将产生的探测光信号分成第一路光信号和第二路光信号；

所述移频器，用于被使能时，调整所述第一路光信号的频率；

所述光环形器，用于将所述第二路光信号注入到待测光纤，并产生混合散射光信号；

所述光选择子装置，用于将产生的混合散射光信号分离出第一波长、第二波长的散射光信号；并在所述移频器去使能时，输出第一波长的散射光信号；或者，在所述移频器被使能时，输出第二波长的散射光信号；

所述第二耦合器，用于在所述移频器去使能时，将第一波长的散射光信号进行自耦合；或者，在所述移频器被使能时，将第二波长的散射光信号与调整频率后的第一路光信号进行耦合；

所述处理器子装置，用于基于耦合后的光信号，确定所述待测光纤对应的参数信息。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括控制器，用于：

接收第一指令；所述第一指令表征测量所述待测光纤的振动信息；

使能所述移频器；

或者，

接收第二指令；所述第二指令表征测量所述待测光纤的温度信息与应力信息；

去使能所述移频器。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光选择子装置包含波分复用器及光开关；其中，

所述波分复用器，用于将输出的混合散射光信号进行分离处理，并将分离得到的第一波长的散射光信号及第二波长的散射光信号分别从第一信道及第二信道输出；

所述光开关，用于在所述移频器去使能时，选择第一信道，以输出所述第一波长的散射光信号；或者，在所述移频器被使能时，选择第二信道，以输出所述第二波长的散射光信号。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述光选择子装置还包括：第一滤波器及第二滤波器，用于对相应信道的散射光信号进行滤波；

所述光开关，用于在所述移频器去使能时，选择第一信道，以输出滤波后的第一波长的散射光信号；或者，在所述移频器被使能时，选择第二信道，以输出滤波后的第二波长的散射光信号。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光产生器，具体用于产生线宽小于3KHz的激光探测光信号。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一耦合器和/或所述第二耦合器的耦合比均为1:2。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括调制器，用于调整所述第二路光信号的强度；

所述光环形器，用于将调整强度后的第二路光信号注入到待测光纤，并输出所述探测光纤产生的混合散射光信号。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述调制器包括声光调制器。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：光放大器，用于放大所述第二路光信号；

所述光环形器，用于将放大后的第二路光信号注入到待测光纤，并输出所述探测光纤产生的混合散射光信号。

10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述处理器子装置包括：光探测器和处理器；其中：

所述光探测器，用于测量耦合后的光信号的强度；

所述处理器，用于基于测量的耦合后光信号的强度，确定所述待测光纤对应的参数信息。

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