CN112378430A - 基于混沌激光的分布式光纤拉曼传感装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于分布式光纤传感领域，公开了一种基于混沌激光的分布式光纤拉曼传感装置和方法，装置包括半导体激光器，半导体激光器发出的激光经环形器、第一耦合器后分为两束，其中一束经第一掺铒光纤放大器、非线性光纤、偏振控制器、环形器后返回半导体激光器使其输出宽频混沌激光；另一束经声光调制器进行脉冲调制产生混沌脉冲激光经第二耦合器分为两路，一路被第三探测器探测，另一路经波分复用器后进入传感光纤，在传感光纤中各点发生拉曼散射和瑞利散射后返回波分复用器并输出后分别被第一光电探测器和第二光电探测器探测，探测信号被解调出传感光纤沿线的温度和应变信息，本发明可以实现亚毫米级分辨率分布式光纤拉曼传感。

Description

基于混沌激光的分布式光纤拉曼传感装置和方法
技术领域
本发明属于分布式光纤传感领域，具体是一种亚毫米级分辨率的基于混沌激光的分布式光纤拉曼传感装置和方法。
背景技术
分布式光纤拉曼传感系统通过采集传感光纤自发散射携带温度信息的拉曼反斯托克斯散射光，利用光时域反射技术实现对传感光纤沿线温度的连续测量。凭借其体积小、耐腐蚀、抗电磁干扰等优点，分布式光纤拉曼传感系统广泛应用于交通桥梁、煤矿、隧道、大型建筑等安全监测领域。
在分布式光纤拉曼传感系统中，空间分辨率是指能够分辨光纤温度变化的最小长度。提高空间分辨率对工业温度安全监测领域具有重要意义。目前，分布式光纤拉曼传感系统的定位方法是光时域反射技术，但是由于光源脉宽的限制，导致其传感距离与空间分辨率无法兼顾，且其最优空间分辨率仅为1m。此外，分布式光纤拉曼传感技术还无法实现温度和应变的同时监测。
基于此，有必要对先有技术中的分布式光纤拉曼传感装置进行改进，可以解决现有分布式光纤传感系统无法同时对温度和应变进行测量的科学难题，同时，提高其空间分辨率。
发明内容
为了解决现有分布式光纤拉曼温度传感系统空间分辨率低，以及其系统无法同时实现温度和应变的连续测量的技术难题，本发明提出了一种基于混沌激光的亚毫米级分辨率分布式光纤拉曼传感装置。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于混沌激光的分布式光纤拉曼传感装置，包括半导体激光器、环形器、第一耦合器、第一掺铒光纤放大器、非线性光纤、偏振控制器、隔离器、声光调制器、第二耦合器、1×3波分复用器、传感光纤、第一光电探测器、第二光电探测器、第三光电探测器和数据处理单元；
所述半导体激光器发出的激光经环形器、第一耦合器后分为两束，其中一束经第一掺铒光纤放大器、非线性光纤、偏振控制器后返回环形器，然后经环形器返回半导体激光器使其输出宽频混沌激光；另一束经声光调制器进行脉冲调制产生混沌脉冲激光后经第二耦合器分为两路，一路作为参考光被第三探测器探测，另一路作为探测光经1×3波分复用器后进入传感光纤，在传感光纤中各点发生拉曼散射产生的拉曼反斯托克斯信号返回波分复用器并从其第三端口输出后被第一光电探测器探测，在传感光纤中各点发生瑞利散射产生的瑞利散射信号返回波分复用器并从其第四端口输出后被第二光电探测器探测；
所述数据处理单元用于根据所述第一光电探测器、第二光电探测器、第三光电探测器的探测信息，解调出传感光纤沿线的温度信息和应变信息。
非线性光纤为非线性参量大于10W-1km-1的非线性光纤，所述第一耦合器和第二耦合器为1×2光纤耦合器。
所述的基于混沌激光的分布式光纤拉曼传感装置，还包括第一衰减器和第二衰减器，所述第一衰减器设置在第一掺铒光纤放大器与非线性光纤之间，第二衰减器设置在非线性光纤与偏振控制器之间，分别用于控制非线性光纤的入纤功率和半导体激光器的反馈强度。
所述的基于混沌激光的分布式光纤拉曼传感装置，还包括设置在波分复用器的第三端口与第一探测器之间的第二掺铒光纤放大器，和设置在波分复用器的第四端口与第二探测器之间的第三掺铒光纤放大器。
所述数据处理单元包括采集卡和计算单元；
所述计算单元计算传感光纤沿线温度信息的计算公式为：
Figure BDA0002750253610000021
Figure BDA0002750253610000022
其中，c表示光速，n为传感光纤的折射率，m1表示第一混沌匹配系数
Figure BDA0002750253610000023
的相关峰的延时时间，第一混沌匹配系数
Figure BDA0002750253610000024
为对第一光电探测器(16)探测得到的反斯托克斯光信号进行层析处理和混沌滤波运算后得到，L1表示温变位置，T1表示温变位置L1处的温度，T0’表示定标阶段光纤环的环境温度，T0表示定标阶段传感光纤的环境温度，L0表示定标阶段光纤环的位置，Δν为拉曼频移，h为普朗克常数，k为波尔兹曼常数，Ras表示反斯托克斯散射光的温度调制函数，I1表示层析处理后的位置为L1的温变处的混沌拉曼反斯托克斯散射光强，I0表示层析处理后的位置为L0的混沌拉曼反斯托克斯散射光强度，α0、αas分别表示入射光和混沌反斯托克斯光在传感光纤中单位长度上的损耗系数；
所述计算单元计算传感光纤沿线应变信息的方法为：对第一光电探测器探测得到的反斯托克斯光信号进行混沌滤波运算，得到第二混沌匹配系数
Figure BDA0002750253610000031
并计算其斜率，根据斜率得到传感光纤的附加损耗，进而解调出传感光纤沿线受到的应力信息。
所述层析处理的具体方法为：用相邻时刻中后一时刻的采样信号幅值减去前一个时刻的采样信号的幅值；
所述第一混沌匹配系数
Figure BDA0002750253610000032
的计算公式为：
Figure BDA0002750253610000033
第二混沌匹配系数
Figure BDA0002750253610000034
的计算公式为：
Figure BDA0002750253610000035
其中，xn+m表示在延时时间为m时，第三探测器采集到的第n个采样点的混沌参考信号，
Figure BDA0002750253610000036
表示层析处理后的第n个采样点的拉曼反斯托克斯光强，N表示表示采样点的总数，
Figure BDA0002750253610000037
表示第n个采样点的瑞利散射光强。
本发明还提供了基于混沌激光的分布式光纤拉曼传感装置的传感方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、定标阶段：在传感光纤前端L0处设置长度大于激光脉冲宽度的光纤环，将光纤环温度设为T0'，传感光纤所处的环境温度设为T0；测量位置L0处的混沌拉曼反斯托克斯散射光强度I0；
S2、测量阶段：测量传感光纤中各个位置产生的混沌拉曼反斯托克斯散射光强；以及混沌瑞利散射光强，
S3、计算阶段：计算传感光纤中各个位置的温度，计算公式为：
Figure BDA0002750253610000041
Figure BDA0002750253610000042
其中，c表示光速，n为传感光纤的折射率，m1表示第一混沌匹配系数
Figure BDA0002750253610000043
的相关峰的延时时间，第一混沌匹配系数
Figure BDA0002750253610000044
为对第一光电探测器探测得到的反斯托克斯光信号进行层析处理和混沌滤波运算后得到，L1表示温变位置，T1表示温变位置L1处的温度，L0表示定标阶段光纤环的位置，Δν为拉曼频移，h为普朗克常数，k为波尔兹曼常数，Ras表示反斯托克斯散射光的温度调制函数，I1表示层析处理后的位置为L1的温变处的混沌拉曼反斯托克斯散射光强，I0表示层析处理后的位置为L0的混沌拉曼反斯托克斯散射光强度，α0、αas分别表示入射光和混沌反斯托克斯光在传感光纤中单位长度上的损耗系数；
计算传感光纤沿线应变信息，计算方法为：对第二光电探测器探测得到的瑞利散射信号进行混沌滤波运算，得到第二混沌匹配系数
Figure BDA0002750253610000045
并计算其斜率，然后根据斜率得到传感光纤的附加损耗，进而解调出传感光纤沿线受到的应力信息。
所述层析处理的具体方法为：用相邻时刻中后一时刻的采样信号幅值减去前一个时刻的采样信号的幅值。
所述第一混沌匹配系数
Figure BDA0002750253610000046
的计算公式为：
Figure BDA0002750253610000047
第二混沌匹配系数
Figure BDA0002750253610000051
的计算公式为：
Figure BDA0002750253610000052
其中，xn+m表示在延时时间为m时，第n个采样点的混沌参考信号，N表示表示采样点的总数，
Figure BDA0002750253610000053
表示层析处理后的第n个采样点的拉曼反斯托克斯光强，
Figure BDA0002750253610000054
表示第n个采样点的瑞利散射光强。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1、与现有的分布式光纤传感装置相比，本发明提出的一种亚毫米级分辨率的基于混沌激光的分布式光纤拉曼传感装置，可同时实现光纤沿线温度以及应变的协同监测。本发明中，同构对反斯托克斯光信号和瑞利信号进行层析处理和混沌滤波运算后解调传感信息，
2、本发明利用光反馈环路中接入掺铒光纤放大器和一段高非线性光纤，构成有源光反馈。半导体激光器出射激光经过掺铒光纤放大器放大后注入高非线性光纤，使其产生强烈的非线性效应，由半导体激光器主模和环形长腔固有的多纵模发生强烈的四波混频效应，从而产生大量新的频率分量，这些新的频率分量在环路中不断增益、放大产生更多频率分量，使得混沌激光的带宽得到极大增强，其带宽可达到50GHz，由于系统分辨率受混沌信号的半高全宽影响，带宽越大，半高全宽越小，因此，本申请的系统中，分布式光纤传感的理论空间分辨率可达到亚毫米量级。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种基于混沌激光的亚毫米级分辨率分布式光纤拉曼传感系统；
图中：1：分布式反馈半导体激光器，2：环形器，3：1×2光纤耦合器，4：第一掺铒光纤放大器，5：第一衰减器，6：高非线性光纤，7：第二衰减器，8：偏振控制器，9：隔离器，10：脉冲信号发生器，11：声光调制器，12：1×2光纤耦合器，13：1×3波分复用器，14：传感光纤，15：第二掺铒光纤放大器，16：第一光电探测器，17：第三掺铒光纤放大器，18：第二光电探测器，19：第三光电探测器，20：采集卡；21：计算机。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明提供了一种基于混沌激光的分布式光纤拉曼传感装置，其具有亚毫米级分辨率，包括半导体激光器1、环形器2、第一耦合器3、第一掺铒光纤放大器4、非线性光纤6、第一衰减器5、第二衰减器7、偏振控制器8、隔离器9、声光调制器11、第二耦合器12、1×3波分复用器13、传感光纤14、第一光电探测器16、第二光电探测器18、第二掺铒光纤放大器15，第三掺铒光纤放大器17、第三光电探测器19、采集卡20和计算单元21。
所述半导体激光器1发出的激光经环形器2、第一耦合器3后分为两束，其中一束经第一掺铒光纤放大器4、第一衰减器5、非线性光纤6、第二衰减器7、偏振控制器8后返回环形器2，然后经环形器2返回半导体激光器1使其输出宽频混沌激光；另一束经隔离器9进行隔离，声光调制器11进行脉冲调制产生混沌脉冲激光，然后经第二耦合器12分为两路，一路作为参考光被第三探测器19探测，另一路作为探测光经1×3波分复用器13后进入传感光纤14，在传感光纤4中各点发生拉曼散射产生的拉曼反斯托克斯信号返回波分复用器13并从其第三端口输出后，经第二残儿光纤放大器15放大后，被第一光电探测器16探测；在传感光纤4中各点发生瑞利散射产生的瑞利散射信号返回波分复用器13并从其第四端口输出后，经第三掺铒光纤放大器17放大信号，然后被第二光电探测器16探测；采集卡将所述第一光电探测器16、第二光电探测器18、第三光电探测器19的探测信息进行A/D转化后输出到计算单元21进行计算，解调出传感光纤沿线的温度信息和应变信息。
具体地，本实施例中，非线性光纤6为非线性参量大于10W-1km-1的非线性光纤，所述第一耦合器3和第二耦合器12为1×2光纤耦合器。
具体地，本实例中，半导体激光器为分布式反馈半导体激光器，其输出光通过光环行器后，由50:50光纤耦合器3分为两部分：50％的激光经过掺铒光纤放大器放大后注入非线性光纤6，最后经光环形器返回激光器中，形成有源光反馈环路；第一衰减器5和第二衰减器7分别用于控制非线性光纤5的入纤功率和半导体激光器1的反馈强度。偏振控制器8用于控制偏振状态，通过调节入纤功率和反馈强度，可以产生频谱覆盖范围超过50GHz的宽频混沌激光。
本发明实施例利用基于拉曼散射的分布式光纤传感方法实现亚毫米级分辨率的传感光纤沿线温度检测。该方法对混沌脉冲参考信号和层析处理的混沌拉曼反斯托克斯信号进行混沌匹配滤波运算，通过混沌匹配滤波图像中的相关峰位置确定传感光纤的温变区位置。之后利用混沌比值解调法解调出光纤沿线的温变区温度。下面介绍本发明实施例的具体工作原理。
一、温度解调
半导体激光器输出的混沌激光经隔离器9后进入声光调制器11进行脉冲调制，调制后的脉冲混沌激光经光纤耦合器12分为两路，一路作为参考路(出射的激光为混沌脉冲参考信号)，另一路作为探测路。光纤耦合器12的功率比为1:99，由于探测路会有损耗，所以需要较高的能量(99％)，而参考路光纤长度很短只需(1％)即可。其中，参考路的混沌脉冲信号进入第三光电探测器19转化为电信号，该电信号进入采集卡20进行A/D转换。探测路的混沌脉冲信号经波分复用器13进入传感光纤。传感光纤各点均发生拉曼散射效应，经波分复用器后滤出携带光纤温度信息的混沌拉曼反斯托克斯散射信号(1450nm)。混沌拉曼反斯托克斯散射信号经第二掺铒光纤放大器15放大后进入第一光电探测器16转化为电信号。该电信号进入采集卡20进行A/D转化，在计算单元中进行信号层析解调处理。
本实施例中，半导体激光器的的工作波长为1550nm，波分复用器13为1×3波分复用器，其第三端口和第四端口，即输出输出端口工作波长分别为1450nm，1550nm，瑞利散射信号波长与入射光波长相同，其波长均为1550nm；反斯托克斯散射信号波长为1450nm。两种信号光分别从波分复用器相应的1550nm和1450nm的输出端输出。
信号层析解调处理具体过程：采集得到的混沌拉曼反斯托克斯散射光信号，每个采样点均为整个混沌脉冲序列在半个脉冲宽度的光纤长度的光强信息叠加。对该采样信号进行层析处理，即用相邻时刻中后一时刻的采样信号幅值减去前一个时刻的采样信号的幅值，其层析处理后的拉曼散射信号表达式为：
Figure BDA0002750253610000071
式中Kas表示与拉曼反斯托克斯背向散射截面有关的系数，S是光纤的背向散射因子，νas是拉曼反斯托克斯散射信号的频率，φe表示耦合进入光纤的脉冲激光光通量，Pi表示脉冲混沌信号各点的光功率，可以通过对参考信号进行测量得到，T1表示相邻时刻中后一时刻采样信号所在传感光纤位置的温度，T0为前一时刻采样信号所在传感光纤位置的温度，L1表示温变区在传感光纤的位置，α0、αas分别是入射光和混沌反斯托克斯光在传感光纤中单位长度上的损耗系数。Ras(T)是混沌反斯托克斯散射光的温度调制函数：
Figure BDA0002750253610000072
Δν为拉曼频移，h为普朗克常数，k为波尔兹曼常数，T为该点的温度。
然后将参考路中的混沌脉冲参考信号与层析处理后的混沌拉曼反斯托克斯散射信号进行混沌匹配滤波运算，通过混沌匹配滤波中相关峰的位置确定传感光纤的温变区位置。混沌匹配滤波运算过程为：
Figure BDA0002750253610000081
其中，
Figure BDA0002750253610000082
表示第一混沌匹配系数，n表示第n个采样点；m表示混沌匹配滤波运算的延时时间。xn+m表示在延时时间为m时，第三探测器采集到的第n个采样点的混沌参考信号，
Figure BDA0002750253610000083
表示层析处理后的第n个采样点的拉曼反斯托克斯光强(y＝I1)，N表示表示采样点的总数。
经层析处理的拉曼反斯托克斯信号，来自光纤非变温区的信号强度大小接近于0，而来自变温区的信号强度大小取决于变温区温度高低。因此将混沌脉冲参考信号与层析处理的拉曼反斯托克斯信号进行混沌匹配滤波运算，得到的第一混沌匹配系数
Figure BDA0002750253610000084
的相关峰位置即为传感光纤相应温度变化的位置信息。当延时时间为m1时呈现相关峰，则时间尺度下温变区的位置为
Figure BDA0002750253610000085
空间尺度下温变区位置为：
Figure BDA0002750253610000086
式中，c表示光速，n0为传感光纤的折射率。计算后系统就可以通过延时时间得到光纤沿线具体位置信息。
最后利用混沌比值法解调出光纤沿线的温度信息，其具体解调过程为：
(1)定标阶段
在传感光纤前端L0处设置长度大于激光脉冲宽度W的光纤环，其光纤环温度设为
Figure BDA0002750253610000087
传感光纤所处的环境温度记为T0，则经过层析处理后位置为L0的混沌拉曼反斯托克斯散射光强度为：
Figure BDA0002750253610000088
(2)测量阶段
当传感光纤L1位置产生温度变化时，其温度为T1，则经过层析处理后L1处混沌拉曼反斯托克斯散射光强为：
Figure BDA0002750253610000089
将公式(5)、(6)两式进行混沌比值处理，可得：
Figure BDA00027502536100000810
由(7)式整理得温变区温度T1为：
Figure BDA0002750253610000091
也就是说，本实施例中，通过式(3)对层析处理后混沌拉曼反斯托克斯散射信号进行混沌匹配滤波运算，可以得到第一匹配系数，通过第一匹配系数的相关峰对应的延时时间，利用式(4)可以确定传感光纤的温变区位置，然后通过式(8)可以计算得到温变区的温度。
二、应变解调
本发明利用混沌脉冲参考信号与混沌瑞利散射信号进行混沌匹配滤波运算，通过混沌匹配滤波图像中斜率发生变化的位置确定传感光纤发生应变的位置。其具体工作原理如下：
半导体激光器1产生的混沌脉冲激光经光纤耦合器12分为两路，一路作为参考路，另一路作为探测路。其中，参考路的混沌脉冲信号进入第三光电探测器19转化为电信号，该电信号进入采集卡20进行A/D转换。探测路的混沌脉冲信号经波分复用器13进入传感光纤。传感光纤各点发生瑞利散射效应，经波分复用器后滤出1550nm的混沌瑞利散射信号。混沌瑞利散射信号经过第三掺铒光纤放大器17放大后进入第三光电探测器18转换为电信号，该电信号通过采集卡20进行A/D在转化。最后混沌脉冲参考信号与瑞利散射信号进行混沌匹配滤波运算，通过混沌匹配滤波图像的相关系数可得到传感光纤发生应变的位置以及应变引起的附加损耗系数。混沌匹配滤波公式为：
Figure BDA0002750253610000092
式中，
Figure BDA0002750253610000093
表示第二混沌匹配系数，第二n表示第n个采样点；m表示混沌匹配滤波运算的延时时间。xn+m表示在延时时间为m时，第三探测器采集到的第n个采样点的混沌参考信号，N表示表示采样点的总数，
Figure BDA0002750253610000094
表示第n个采样点的瑞利散射光强。将混沌脉冲参考信号与瑞利散射信号进行混沌匹配滤波运算，第二混沌匹配系数
Figure BDA0002750253610000095
的图像是一条斜率为损耗系数的直线，来自传感光纤未发生应变区域的瑞利散射信号损耗系数为α0，来自发生应变区域的瑞利散射信号损耗系数为α1＝α0+Δα，其中Δα为应变引起的附加损耗。通过混沌匹配系数可得到传感光纤发生应变的位置以及应变引起的附加损耗数值Δα。应变解调时，发生应变的位置的计算公式为：
Figure BDA0002750253610000096
其中，L2表示应变发生的位置，m2表示混沌匹配系数
Figure BDA0002750253610000097
图像中斜率发生变化时对应的延时时间，c表示光速，n0为传感光纤的折射率。而传感光纤的附加损耗与光纤受到的应力应变呈现一个正线性关系。基于此，本发明可以解调出光纤沿线的应变信息。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.基于混沌激光的分布式光纤拉曼传感装置，其特征在于，包括半导体激光器（1）、环形器（2）、第一耦合器（3）、第一掺铒光纤放大器（4）、非线性光纤（6）、偏振控制器（8）、隔离器（9）、声光调制器（11）、第二耦合器（12）、1×3波分复用器（13）、传感光纤（14）、第一光电探测器（16）、第二光电探测器（18）、第三光电探测器（19）和数据处理单元；
所述半导体激光器（1）发出的激光经环形器（2）、第一耦合器（3）后分为两束，其中一束经第一掺铒光纤放大器（4）、非线性光纤（6）、偏振控制器（8）后返回环形器（2），然后经环形器（2）返回半导体激光器（1）使其输出宽频混沌激光；另一束经声光调制器（11）进行脉冲调制产生混沌脉冲激光后经第二耦合器（12）分为两路，一路作为参考光被第三探测器（19）探测，另一路作为探测光经1×3波分复用器（13）后进入传感光纤（14），在传感光纤（4）中各点发生拉曼散射产生的拉曼反斯托克斯信号返回波分复用器（13）并从其第三端口输出后被第一光电探测器（16）探测，在传感光纤（4）中各点发生瑞利散射产生的瑞利散射信号返回波分复用器（13）并从其第四端口输出后被第二光电探测器（16）探测；
所述数据处理单元用于根据所述第一光电探测器（16）、第二光电探测器（18）、第三光电探测器（19）的探测信息，解调出传感光纤沿线的温度信息和应变信息。
2.根据权利要求1所述的基于混沌激光的分布式光纤拉曼传感装置，其特征在于，非线性光纤（6）为非线性参量大于10W-1km-1的非线性光纤，所述第一耦合器（3）和第二耦合器（12）为1×2光纤耦合器。
3.根据权利要求1所述的基于混沌激光的分布式光纤拉曼传感装置，其特征在于，还包括第一衰减器（5）和第二衰减器（7），所述第一衰减器（5）设置在第一掺铒光纤放大器（4）与非线性光纤（6）之间，第二衰减器（7）设置在非线性光纤（6）与偏振控制器（8）之间，分别用于控制非线性光纤（5）的入纤功率和半导体激光器（1）的反馈强度。
4.根据权利要求1所述的基于混沌激光的分布式光纤拉曼传感装置，其特征在于，还包括设置在波分复用器（13）的第三端口与第一探测器（16）之间的第二掺铒光纤放大器，和设置在波分复用器（13）的第四端口与第二探测器（18）之间的第三掺铒光纤放大器。
5.根据权利要求1所述的基于混沌激光的分布式光纤拉曼传感装置，其特征在于，所述数据处理单元包括采集卡（20）和计算单元（21）；
所述计算单元（21）计算传感光纤沿线温度信息的计算公式为：
Figure 524609DEST_PATH_IMAGE001
；
Figure 504066DEST_PATH_IMAGE003
；
其中，c表示光速，n 0为传感光纤的折射率，m 1表示第一混沌匹配系数
Figure 283803DEST_PATH_IMAGE004
的相关峰的延时时间，第一混沌匹配系数
Figure 741329DEST_PATH_IMAGE005
为对第一光电探测器（16）探测得到的反斯托克斯光信号进行层析处理和混沌滤波运算后得到，L1表示温变位置，T1表示温变位置L1处的温度，T 0’表示定标阶段光纤环的环境温度，T 0表示定标阶段传感光纤的环境温度，L 0 表示定标阶段光纤环的位置，Δν为拉曼频移，h为普朗克常数，k为波尔兹曼常数，
Figure 555702DEST_PATH_IMAGE006
表示反斯托克斯散射光的温度调制函数，
Figure 378164DEST_PATH_IMAGE007
表示层析处理后的位置为L1的温变处的混沌拉曼反斯托克斯散射光强，
Figure 645197DEST_PATH_IMAGE008
表示定标阶段得到的层析处理后的位置为L 0 的混沌拉曼反斯托克斯散射光强度，α 0 、α as 分别表示入射光和混沌反斯托克斯光在传感光纤中单位长度上的损耗系数；
所述计算单元（21）计算传感光纤沿线应变信息的方法为：对第一光电探测器（16）探测得到的反斯托克斯光信号进行混沌滤波运算，得到第二混沌匹配系数
Figure 407879DEST_PATH_IMAGE009
并计算其斜率，根据斜率得到传感光纤的附加损耗，进而解调出传感光纤沿线受到的应力信息。
6.根据权利要求5所述的基于混沌激光的分布式光纤拉曼传感装置，其特征在于，所述层析处理的具体方法为：用相邻时刻中后一时刻的采样信号幅值减去前一个时刻的采样信号的幅值；
所述第一混沌匹配系数
Figure 76758DEST_PATH_IMAGE010
的计算公式为：
Figure 70122DEST_PATH_IMAGE011
；
第二混沌匹配系数
Figure 886768DEST_PATH_IMAGE009
的计算公式为：
Figure 623780DEST_PATH_IMAGE012
；
其中，
Figure 147165DEST_PATH_IMAGE013
表示在延时时间为m时，第三探测器采集到的第n个采样点的混沌参考信号，N表示表示采样点的总数，
Figure 577010DEST_PATH_IMAGE014
表示第n个采样点的瑞利散射光强。
7.根据权利要求1所述的基于混沌激光的分布式光纤拉曼传感装置的传感方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、定标阶段：在传感光纤（14）前端L0处设置长度大于激光脉冲宽度的光纤环，将光纤环温度设为T0'，传感光纤所处的环境温度设为T0；测量位置L0处的混沌拉曼反斯托克斯散射光强度并进行层析处理；
S2、测量阶段：测量传感光纤中各个位置产生的混沌拉曼反斯托克斯散射光强，以及混沌瑞利散射光强；
S3、计算阶段：计算传感光纤中各个位置的温度，计算公式为：
Figure 880952DEST_PATH_IMAGE015
；
Figure 156075DEST_PATH_IMAGE017
；
其中，c表示光速，n为传感光纤的折射率，m 1表示第一混沌匹配系数
Figure 799546DEST_PATH_IMAGE018
的相关峰的延时时间，第一混沌匹配系数
Figure 134713DEST_PATH_IMAGE019
为对第一光电探测器（16）探测得到的反斯托克斯光信号进行层析处理和混沌滤波运算后得到，L1表示温变位置，T1表示温变位置L1处的温度，L 0 表示定标阶段光纤环的位置，Δν为拉曼频移，h为普朗克常数，k为波尔兹曼常数，
Figure 925951DEST_PATH_IMAGE020
表示反斯托克斯散射光的温度调制函数，
Figure 4766DEST_PATH_IMAGE007
表示层析处理后的位置为L1的温变处的混沌拉曼反斯托克斯散射光强，
Figure 502743DEST_PATH_IMAGE008
表示层析处理后的位置为L 0 的混沌拉曼反斯托克斯散射光强度，α 0 、α as 分别表示入射光和混沌反斯托克斯光在传感光纤中单位长度上的损耗系数；
计算传感光纤沿线应变信息，计算方法为：对第二光电探测器（18）探测得到的瑞利散射信号进行混沌匹配滤波运算，得到第二混沌匹配系数
Figure 838172DEST_PATH_IMAGE009
并计算其斜率，然后根据斜率得到传感光纤的附加损耗，进而解调出传感光纤沿线受到的应力信息。
8.根据权利要求7所述的基于混沌激光的分布式光纤拉曼传感装置的传感方法，其特征在于，所述层析处理的具体方法为：用相邻时刻中后一时刻的采样信号幅值减去前一个时刻的采样信号的幅值。
9.根据权利要求7所述的基于混沌激光的分布式光纤拉曼传感装置的传感方法，其特征在于，所述第一混沌匹配系数
Figure 788810DEST_PATH_IMAGE005
的计算公式为：
Figure 671316DEST_PATH_IMAGE021
；
第二混沌匹配系数
Figure 23800DEST_PATH_IMAGE009
的计算公式为：
Figure 28665DEST_PATH_IMAGE022
；
其中，
Figure 466599DEST_PATH_IMAGE013
表示在延时时间为m时，第n个采样点的混沌参考信号，N表示表示采样点的总数，
Figure DEST_PATH_IMAGE023
表示层析处理后的第n个采样点的拉曼反斯托克斯光强，
Figure 949533DEST_PATH_IMAGE014
表示第n个采样点的瑞利散射光强。
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