CN211147700U - 一种多通道同时测量的布里渊光时域分析仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多通道同时测量的布里渊光时域分析仪，包括探测光源模块、泵浦光源模块、探测光输出模块、泵浦光输出模块、频率控制模块、第一光耦合器、第二光耦合器、第三光耦合器、第四光耦合器、第五光耦合器、测量光纤、光环形器、探测器以及数据采集处理装置，所述测量光纤、光环形器以及探测器分别设有多个。本实用新型通过共用价格昂贵的核心光电器件，增加成本较低的探测器，省去用于通道切换的光开光，避免了多通道切换的巡回测量，实现了对多路光纤进行同时测量，减小了所有通道的测量时间，提高了在线监测的实时响应性能力，适用于大部分工况。

Description

一种多通道同时测量的布里渊光时域分析仪

技术领域

本实用新型涉及光纤传感器技术领域，尤其是涉及一种多通道同时测量的布里渊光时域分析仪。

背景技术

分布式光纤传感器在电力、桥梁、大坝、石化等重要基础设施的安全监测中有重要应用。与基于拉曼散射的分布式光纤传感器相比，基于布里渊散射的分布式光纤传感器的测量距离更长、测量精度更高，并且可同时测量温度和应力变化，因此该产品自问世以来备受人们关注。布里渊光时域分析仪(BOTDA)是一款基于受激布里渊散射原理的新型分布式光纤传感器，其测量原理为：从测量光纤两端同时输入脉冲探测光和连续泵浦光，两束光的频率差约为光纤的布里渊频移量(11GHz)，使脉冲探测光通过受激布里渊效应被连续泵浦光放大。通过扫描探测光和泵浦光的频率差，可以得到沿测量光纤分布的布里渊频移。由于布里渊频移受光纤外界的温度和应变影响，因此通过实时监测布里渊频移的变化量即可实现沿光纤分布的温度和应变情况。

目前已有多种方式实现布里渊光时域分析器，如一种在中国专利文献上公开的“一种分布式光纤传感器”，公告号为CN200480043385.4，提出一种利用布里渊散射现象的分布式光纤传感器，不用手动调节，就能够以高精度、高空间分辨率测定变形或温度，但是所涉及的是一种单通道的布里渊光时域分析仪。中国专利“一种新型光纤布里渊光时域分析器”，公告号为CN200810063711.8，提出一种利用光纤宽带非线性光放大效应和光时域分析原理制成的光纤布里渊光时域分析器，但只能针对单通道进行的布里渊光时域分析。

布里渊光时域分析仪是一种性能优异的光纤在线监测设备，应用领域广，但设备价格昂贵。为减少设备投资，工程应用中常常需要用一台布里渊光时域分析仪连接多个测量通道。一种比较简单的方法是在布里渊光时域分析仪的出光口处增加1×N多通道光开关，这样通过光路切换，可实现不同测量光纤的巡回测量。但是，增加多通道光开关不但会增加光路的损耗，而且会大幅增加测量时间，影响在线监测的实时性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供了一种多通道同时测量的布里渊光时域分析仪，本实用新型解决了现有技术中布里渊光时域分析仪通过单通道检测效率低的问题以及在布里渊光时域分析仪的出光口设置多通道光开关增加光路损耗及测量时间的问题，无需多通道光开关，实现多通道测量，减小了测量时间，提高了在线监测的实时响应性能力。

为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：

一种多通道同时测量的布里渊光时域分析仪，包括探测光源模块、泵浦光源模块、探测光输出模块、泵浦光输出模块、频率控制模块、第一光耦合器、第二光耦合器、第三光耦合器、第四光耦合器、第五光耦合器、测量光纤、光环形器、探测器、数据采集处理装置，所述测量光纤、光环形器以及探测器分别设有多个，所述探测光源模块连接所述第一光耦合器，所述第一光耦合器输出端分为第一支路与第二支路，第一支路与所述探测光输出模块以及第四光耦合器依次连接，所述第四光耦合器设有多个输出端，多个所述第四光耦合器的每个输出端分别与多个所述光环形器的第一输入端相连，所述泵浦光源模块连接所述第三光耦合器，所述第三光耦合器的输出端分为第三支路与第四支路，第三支路与所述泵浦光输出模块以及所述第五光耦合器依次连接，所述第五光耦合器设有多个输出端，多个所述第五光耦合器的每个输出端分别连接多个所述测量光纤的一端，多个所述测量光纤的另一端分别与多个所述光环形器的第二输入端相连，第二支路与所述第二光耦合器相连，第四支路与所述第二光耦合器相连，所述第二光耦合器中与所述频率控制模块相连，所述频率控制模块与所述探测光产生模块与所述泵浦光源模块相连，多个所述光环形器的输出端与多个所述探测器以及所述数据采集处理装置依次连接。

本实用新型通过光耦合器将光信号分为多个，通过多个测量光纤，并通过多个光环形器将处理后的光信号输入多个检测装置进行分析，提高了测量速度，减小了测量时间。

作为优选，所述探测光源模块与所述泵浦光源产生的光信号的频率相差9～13GHz。探测光与泵浦光的频率差刚好位于光纤布里渊频谱范围时，能够使探测光通过泵浦光有效进行放大。

作为优选，所述探测光源模块为窄线宽半导体激光器，所述探测光源模块的工作波长为1550nm波段，光谱带宽不超过500kHz。探测光源模块的波长稳定性好，能够在测量过程中提供稳定的激光，避免造成误差。

作为优选，所述泵浦光源模块为可调谐的窄线宽半导体激光器，所述泵浦光源模块的工作波长为1550nm波段。窄线宽激光器的波长稳定性好，通过调谐所述泵浦光源模块的驱动电流，可以实现泵浦光源的激光频率逐步调谐，从而覆盖光纤布里渊频谱范围。

作为优选，所述数据采集处理装置为4通道或8通道带累加功能的数据采集处理装置。多个所述探测器的信号直接进入多通道数据采集处理装置，进行采集、分析处理。

作为优选，所述探测光输出模块为掺铒光纤放大器。探测光输出模块能够将探测光放大至所需光功率，并控制探测光和泵浦光偏振态，将布里渊放大信号调整至最佳，以提高信噪比，保证测量精度。

作为优选，所述泵浦光输出模块为可调衰减器。泵浦光输出模块能够将泵浦光输出功率调整到合适大小，衰减输出探测光，保护泵浦光源模块。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：通过共用价格昂贵的核心光电器件，增加成本较低的探测器，省去用于通道切换的光开光，避免了多通道切换的巡回测量，实现了对多路光纤进行同时测量，减小了所有通道的测量时间，提高了在线监测的实时响应性能力。

附图说明

图1为本实用新型的一种结构示意图。

附图标记说明如下：1、探测光源模块；2、泵浦光源模块；3、频率控制模块；4、探测光输出模块；5、泵浦光输出模块；6、第一光耦合器；7、第二光耦合器；8、第三光耦合器；9、第四光耦合器；10、第五光耦合器；11、光环形器；12、测量光纤；13、探测器；14、数据采集处理装置。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型进一步详细说明。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“底部”和“顶部”、“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

实施例1：

如图1所示，一种多通道同时测量的布里渊光时域分析仪，包括探测光源模块1、泵浦光源模块2、探测光输出模块4、泵浦光输出模块5、频率控制模块3、第一光耦合器6、第二光耦合器7、第三光耦合器8、第四光耦合器9、第五光耦合器10、测量光纤12、光环形器11、探测器13、数据采集处理装置，所述测量光纤12、光环形器11以及探测器13分别设有多个，所述探测光源模块1连接所述第一光耦合器6，所述第一光耦合器6输出端分为第一支路与第二支路，第一支路与所述探测光输出模块4以及第四光耦合器9依次连接，所述第四光耦合器9设有多个输出端，多个所述第四光耦合器9的每个输出端分别与多个所述光环形器11的第一输入端相连，所述泵浦光源模块2连接所述第三光耦合器8，所述第三光耦合器8的输出端分为第三支路与第四支路，第三支路与所述泵浦光输出模块5以及所述第五光耦合器10依次连接，所述第五光耦合器10设有多个输出端，多个所述第五光耦合器10的每个输出端分别连接多个所述测量光纤12的一端，多个所述测量光纤12的另一端分别与多个所述光环形器11的第二输入端相连，第二支路与所述第二光耦合器7相连，第四支路与所述第二光耦合器7相连，所述第二光耦合器7中与所述频率控制模块3相连，所述频率控制模块3与所述探测光产生模块与所述泵浦光源模块2相连，多个所述光环形器11的输出端与多个所述探测器13以及所述数据采集处理装置依次连接。所述探测光源模块1与所述泵浦光源产生的光信号的频率相差9～13GHz。所述探测光源模块1为窄线宽半导体激光器，所述探测光源模块1的工作波长为1550nm波段，光谱带宽不超过500kHz。所述泵浦光源模块2为可调谐的窄线宽半导体激光器，所述泵浦光源模块2的工作波长为1550nm波段。所述数据采集处理装置14为4通道或8通道带累加功能的数据采集处理装置14。所述探测光输出模块4为掺铒光纤放大器。所述泵浦光输出模块5为可调衰减器。

工作原理：所述探测光源模块1输出的光信号进入第一光耦合器6，通过第一光耦合器6的光信号一分为二，记为第一支路与第二支路，第一支路的光信号经过探测光输出模块4并输出至第四光耦合器9，所述第四光耦合器9设有多个输出端，多个所述第四光耦合器的输出端分别与多个所述光环形器11的第一输入端相连，将脉冲光输入至多个所述光环形器11中，所述泵浦光源模块2输出的光信号经第三光耦合器8一分为二，记为第三支路与第四支路，第三支路的光信号经过泵浦光输出模块5进入第五光耦合器10，所述第五光耦合器10设有多个输出端，所述光信号通过多个所述第五光耦合器10的输出端分别输入到多个所述测量光纤12的一端，多个所述测量光纤12的另一端分别与多个所述光环形器11的第二输入端相连，通过多个所述光环形器11的第一输入端将泵浦光输入至多个所述光环形器11中，第二支路的光信号输出至所述第二光耦合器7，第四支路的光信号输出至所述第二光耦合器7中，所述第二光耦合器7中的光信号经所述频率控制模块3分别输入至所述探测光产生模块与所述泵浦光源模块2中，多个所述光环形器11分别接收脉冲光与泵浦光，脉冲光与泵浦光相互作用，当脉冲光与泵浦光的频率差之间满足受激布里渊散射条件时发生受激布里渊散射现象，携带受激布里渊散射信息的泵浦光信号分别经多个所述光环形器11的第二输入端输入，并分别从多个所述光环形器11的输出端输出，输出的泵浦光信号分别通过多个探测器13输入所述数据采集处理装置14处理。

以上对本实用新型的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本实用新型的专利涵盖范围之内。

Claims (7)

1.一种多通道同时测量的布里渊光时域分析仪，其特征在于，包括探测光源模块(1)、泵浦光源模块(2)、探测光输出模块(4)、泵浦光输出模块(5)、频率控制模块(3)、第一光耦合器(6)、第二光耦合器(7)、第三光耦合器(8)、第四光耦合器(9)、第五光耦合器(10)、测量光纤(12)、光环形器(11)、探测器(13)、数据采集处理装置(14)，所述测量光纤(12)、光环形器(11)以及探测器(13)分别设有多个，

所述探测光源模块(1)连接所述第一光耦合器(6)，所述第一光耦合器(6)输出端分为第一支路与第二支路，第一支路与所述探测光输出模块(4)以及第四光耦合器(9)依次连接，所述第四光耦合器(9)设有多个输出端，多个所述第四光耦合器的每个输出端分别与多个所述光环形器(11)的第一输入端相连，

所述泵浦光源模块(2)连接所述第三光耦合器(8)，所述第三光耦合器(8)的输出端分为第三支路与第四支路，第三支路与所述泵浦光输出模块(5)以及所述第五光耦合器(10)依次连接，所述第五光耦合器(10)设有多个输出端，多个所述第五光耦合器(10)的每个输出端分别连接多个所述测量光纤(12)的一端，多个所述测量光纤(12)的另一端分别与多个所述光环形器(11)的第二输入端相连，第二支路与所述第二光耦合器(7)相连，第四支路与所述第二光耦合器(7)相连，所述第二光耦合器(7)中与所述频率控制模块(3)相连，所述频率控制模块(3)与所述探测光产生模块与所述泵浦光源模块(2)相连，

多个所述光环形器(11)的输出端与多个所述探测器(13)以及所述数据采集处理装置(14)依次连接。

2.根据权利要求1所述的一种多通道同时测量的布里渊光时域分析仪，其特征在于，所述探测光源模块(1)与所述泵浦光源产生的光信号的频率相差9～13GHz。

3.根据权利要求1所述的一种多通道同时测量的布里渊光时域分析仪，其特征在于，所述探测光源模块(1)为窄线宽半导体激光器，所述探测光源模块(1)的工作波长为1550nm波段，光谱带宽不超过500kHz。

4.根据权利要求1所述的一种多通道同时测量的布里渊光时域分析仪，其特征在于，所述泵浦光源模块(2)为可调谐的窄线宽半导体激光器，所述泵浦光源模块(2)的工作波长为1550nm波段。

5.根据权利要求1所述的一种多通道同时测量的布里渊光时域分析仪，其特征在于，所述数据采集处理装置(14)为4通道或8通道带累加功能的数据采集处理装置。

6.根据权利要求1所述的一种多通道同时测量的布里渊光时域分析仪，其特征在于,所述探测光输出模块(4)为掺铒光纤放大器。

7.根据权利要求1所述的一种多通道同时测量的布里渊光时域分析仪，其特征在于，所述泵浦光输出模块(5)为可调衰减器。

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