CN204330014U - 基于布里渊的长距离双参量监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及光纤测温技术领域，具体地说是一种基于布里渊的长距离双参量监测装置，其特征在于设有光源、参考光光路机构、脉冲光光路机构以及信号处理机构，其中光源分别与参考光光路机构、脉冲光光路机构相连接，参考光光路机构和脉冲光光路机构分别与信号处理机构的输入端相连接；所述光源为超窄线宽激光器，超窄线宽激光器的输出端经第一耦合器分为两路后，本实用新型采用超窄线宽激光器，实现长距离测量，对反射回来的布里渊信号光进行分路，采用双通道数据采集电路进行采集，通过频率和功率的双参量方程联立，在保证长距离、双参量同时测量的同时，还能实现高的空间分辨率和测量精度。

Description

基于布里渊的长距离双参量监测装置

技术领域

 本实用新型涉及光纤测温技术领域，具体地说是一种用于长距离温度和应力监测的基于布里渊的长距离双参量监测装置。

背景技术

光波在光纤中传播并与光纤中的声学声子相互作用并发生布里渊散射，布里渊散射光的频率相对于注入的脉冲光频率将产生漂移, 频率漂移量与光纤所受的轴向应变呈良好的线性关系, 布里渊光时域反射系统正是利用这一线性关系来对物体的温度和应力变化进行监测。

目前，布里渊测温度和应力系统主要包括BOTDR(布里渊光时域反射)和BOTDA(布里渊光时域分析)两种技术，BOTDA具有测量距离长、精度高的特点，但是该技术需要进行双端测量，且断纤后无法进行监测；而BOTDR技术只需在光纤的一端输入泵浦光信号，在同一端接收背向散射光信号就可达到传感目的。目前的BOTDR系统存在的问题是传输距离短，且存在交叉敏感问题，同一条光缆只能测量温度或应力一种指标。

发明内容

本实用新型针对现有技术中存在的缺点和不足，提出了一种用于长距离温度和应力监测的基于布里渊的长距离双参量监测装置。

本实用新型可以通过以下措施达到：

一种基于布里渊的长距离双参量监测装置，其特征在于设有光源、参考光光路机构、脉冲光光路机构以及信号处理机构，其中光源分别与参考光光路机构、脉冲光光路机构的输入端相连接，参考光光路机构和脉冲光光路机构的输出端分别与信号处理机构的输入端相连接；所述光源为超窄线宽激光器，超窄线宽激光器的输出端经第一耦合器分为两路后，分别与参考光光路机构的输入端、脉冲光光路机构的输入端相连接，所述参考光光路设有扰偏器、第三耦合器以及前端连接有环形器的传感光纤，扰偏器的输出信号经第三耦合器送入与传感光纤前端相连接的环形器；所述脉冲光光路设有依次串联的光脉冲调制器、掺铒光纤放大器EDFA、滤波器以及隔离器，隔离器的输出信号经传感光纤前端的环形器送入传感光纤。

本实用新型所述信号处理机构设有依次串联的数据预处理电路、数据采集电路和微处理器，其中数据预处理电路设有参考光信号处理电路和脉冲光信号处理电路，所述脉冲光信号处理电路设有与环形器第三端口相连接的第二耦合器、与第二耦合器的一路输出端相连接的光电转换电路、与光电转换电路的输出端相连接的信号放大电路。

本实用新型所述参考光信号处理电路设有光电探测器、本振源、混频器、低通滤波器、信号放大电路，光电探测器的输出端以及本振源的输出端均与混频器相连接，混频器的输出端与低通滤波器相连接，低通滤波器的输出端与信号放大器相连接；环形器第三端口相连接的第二耦合器的另一路输出送入参考光光路机构中的第三耦合器后，送入光电探测器。

本实用新型中超窄线宽激光器与第一耦合器连接，将激光器的光束分成两路：第一路用于产生布里渊信号光，与光脉冲调制器相连，产生脉冲光，光脉冲调制器与EDFA相连，EDFA经过滤波器，隔离器，与环形器的第一端口连接，环形器的第二端口与传感光纤连接，第二路用于产生参考光，与扰偏器相连接，扰偏器连接到第三耦合器的第一个端口，其中第一耦合器的分光比为1:9，进入信号光的一路为10%，超窄线宽激光器的中心波长为1550nm，线宽为2kHz。

本实用新型中，所述的本振源的扫频范围为9G~12GHz，步进频率为1MHz。

本实用新型中，所述的数据采集电路采用双通道采集电路，一个通道采集布里渊反射信号的功率，另一个通道采集经过相干、外差之后的频率信息。

本实用新型工作时采用超窄线宽激光器作光源，经第一耦合器分出一路光作为参考光，参考光光路中的扰偏器用来控制光的偏振态，另一路由脉冲调制器调制成脉冲光，再经EDFA放大处理和滤波器滤除杂波后，经隔离器送入环形器再入射到传感光纤；由传感光纤散射回的布里渊信号也分为两路，一路与参考光在光电探测器进行外差检测，光电探测器输出11GHz 左右的布里渊信号，然后进入混频器，实现对信号频率的调整，再进入数据采集电路的第一通道；另一路经过光电转换、放大处理后进入数据采集电路的第二通道，并通过数据采集电路调整本振步进参数实现对布里渊谱扫频的效果；最后经数据采集电路将信号传给微处理器。

本实用新型与现有技术相比，采用超窄线宽激光器，实现长距离测量，对反射回来的布里渊信号光进行分路，采用双通道数据采集电路进行采集，通过频率和功率的双参量方程联立，可同时测量温度和应变信息，同时，通过数据采集单元对采集触发信号和光脉冲的触发信号的延时时间的控制，实现小于1m的空间分辨率。因此，本实用新型在保证长距离、双参量同时测量的同时，还能实现高的空间分辨率和测量精度。

附图说明：

附图1是本实用新型的结构示意图。

附图标记：超窄线宽激光器1、第一耦合器2、环形器3、传感光纤4、扰偏器5、第三耦合器6、光脉冲调制器7、掺铒光纤放大器8、滤波器9、隔离器10、数据采集电路11、微处理器12、第二耦合器13、光电转换电路14、信号放大电路15、光电探测器16、本振源17、混频器18、低通滤波器19、信号放大电路20。

具体实施方式：

下面结合附图，对本实用新型作进一步的说明。

如附图1所示，本实用新型提出了一种基于布里渊的长距离双参量监测装置，其特征在于设有光源、参考光光路机构、脉冲光光路机构以及信号处理机构，其中光源分别与参考光光路机构、脉冲光光路机构的输入端相连接，参考光光路机构和脉冲光光路机构的输出端分别与信号处理机构的输入端相连接；所述光源为超窄线宽激光器1，超窄线宽激光器1的输出端经第一耦合器2分为两路后，分别与参考光光路机构的输入端、脉冲光光路机构的输入端相连接，所述参考光光路设有扰偏器5、第三耦合器6以及前端连接有环形器3的传感光纤4，扰偏器5的输出信号经第三耦合器6送入与传感光纤4前端相连接的环形器3；所述脉冲光光路设有依次串联的光脉冲调制器7、掺铒光纤放大器EDFA8、滤波器9以及隔离器10，隔离器10的输出信号经传感光纤4前端的环形器3送入传感光纤4。

本实用新型所述信号处理机构设有依次串联的数据预处理电路、数据采集电路11和微处理器12，其中数据预处理电路设有参考光信号处理电路和脉冲光信号处理电路，所述脉冲光信号处理电路设有与环形器3第三端口相连接的第二耦合器13、与第二耦合器13的一路输出端相连接的光电转换电路14、与光电转换电路14的输出端相连接的信号放大电路15。

本实用新型所述参考光信号处理电路设有光电探测器16、本振源17、混频器18、低通滤波器19、信号放大电路20，光电探测器16的输出端以及本振源17的输出端均与混频器18相连接，混频器18的输出端与低通滤波器19相连接，低通滤波器19的输出端与信号放大器20相连接；环形器3第三端口相连接的第二耦合器13的另一路输出送入参考光光路机构中的第三耦合器6后，送入光电探测器16。

本实用新型中超窄线宽激光器1与第一耦合器2连接，将激光器的光束分成两路：第一路用于产生布里渊信号光，与光脉冲调制器7相连，产生脉冲光，光脉冲调制器7与EDFA8相连，EDFA8经过滤波器9，隔离器10，与环形器3的第一端口连接，环形器3的第二端口与传感光纤4连接，第二路用于产生参考光，与扰偏器5相连接，扰偏器连接到第三耦合器的第一个端口，其中第一耦合器2的分光比为1:9，进入信号光的一路为10%，超窄线宽激光器的中心波长为1550nm，线宽为2kHz。

本实用新型中，所述的本振源17的扫频范围为9G~12GHz，步进频率为1MHz。

本实用新型中，所述的数据采集电路11采用双通道采集电路，一个通道采集布里渊反射信号的功率，另一个通道采集经过相干、外差之后的频率信息。

本实用新型工作时采用超窄线宽激光器作光源，经第一耦合器分出一路光作为参考光，参考光光路中的扰偏器用来控制光的偏振态，另一路由脉冲调制器调制成脉冲光，再经EDFA放大处理和滤波器滤除杂波后，经隔离器送入环形器再入射到传感光纤；由传感光纤散射回的布里渊信号也分为两路，一路与参考光在光电探测器进行外差检测，光电探测器输出11GHz 左右的布里渊信号，然后进入混频器，实现对信号频率的调整，再进入数据采集电路的第一通道；另一路经过光电转换、放大处理后进入数据采集电路的第二通道，并通过数据采集电路调整本振步进参数实现对布里渊谱扫频的效果；最后经数据采集电路将信号传给微处理器。

本实用新型与现有技术相比，采用超窄线宽激光器，实现长距离测量，对反射回来的布里渊信号光进行分路，采用双通道数据采集电路进行采集，通过频率和功率的双参量方程联立，可同时测量温度和应变信息，同时，通过数据采集单元对采集触发信号和光脉冲的触发信号的延时时间的控制，实现小于1m的空间分辨率。因此，本实用新型在保证长距离、双参量同时测量的同时，还能实现高的空间分辨率和测量精度。

Claims (6)

1.一种基于布里渊的长距离双参量监测装置，其特征在于设有光源、参考光光路机构、脉冲光光路机构以及信号处理机构，其中光源分别与参考光光路机构、脉冲光光路机构的输入端相连接，参考光光路机构和脉冲光光路机构的输出端分别与信号处理机构的输入端相连接；所述光源为超窄线宽激光器，超窄线宽激光器的输出端经第一耦合器分为两路后，分别与参考光光路机构的输入端、脉冲光光路机构的输入端相连接，所述参考光光路设有扰偏器、第三耦合器以及前端连接有环形器的传感光纤，扰偏器的输出信号经第三耦合器送入与传感光纤前端相连接的环形器；所述脉冲光光路设有依次串联的光脉冲调制器、掺铒光纤放大器EDFA、滤波器以及隔离器，隔离器的输出信号经传感光纤前端的环形器送入传感光纤。

2.根据权利要求1所述的一种于布里渊的长距离双参量监测装置，其特征在于所述信号处理机构设有依次串联的数据预处理电路、数据采集电路和微处理器，其中数据预处理电路设有参考光信号处理电路和脉冲光信号处理电路，所述脉冲光信号处理电路设有与环形器第三端口相连接的第二耦合器、与第二耦合器的一路输出端相连接的光电转换电路、与光电转换电路的输出端相连接的信号放大电路。

3.根据权利要求2所述的一种于布里渊的长距离双参量监测装置，其特征在于所述参考光信号处理电路设有光电探测器、本振源、混频器、低通滤波器、信号放大电路，光电探测器的输出端以及本振源的输出端均与混频器相连接，混频器的输出端与低通滤波器相连接，低通滤波器的输出端与信号放大器相连接；环形器第三端口相连接的第二耦合器的另一路输出送入参考光光路机构中的第三耦合器后，送入光电探测器。

4.根据权利要求1所述的一种于布里渊的长距离双参量监测装置，其特征在于超窄线宽激光器与第一耦合器连接，将激光器的光束分成两路：第一路用于产生布里渊信号光，与光脉冲调制器相连，产生脉冲光，光脉冲调制器与EDFA相连，EDFA经过滤波器，隔离器，与环形器的第一端口连接，环形器的第二端口与传感光纤连接，第二路用于产生参考光，与扰偏器相连接，扰偏器连接到第三耦合器的第一个端口，其中第一耦合器的分光比为1:9，进入信号光的一路为10%，超窄线宽激光器的中心波长为1550nm，线宽为2kHz。

5.根据权利要求3所述的一种于布里渊的长距离双参量监测装置，其特征在于本振源的扫频范围为9G~12GHz，步进频率为1MHz。

6.根据权利要求2所述的一种于布里渊的长距离双参量监测装置，其特征在于数据采集电路采用双通道采集电路。