CN212391107U - 一种分布式光纤传感检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种分布式光纤传感检测系统，包括依次连接的光源输出单元、环形器以及光纤，所述环形器还依次与光电检测单元、A/D转换单元、数据采集单元和上位机连接；本实用新型在使用时，光源输出单元输出的检测光经环形器和光纤后，在光纤内激发出瑞利散射光、拉曼散射光以及布里渊散射光，所述瑞利散射光、拉曼散射光以及布里渊散射光返回至环形器内并进入光电检测单元中，之后经A/D转换单元、数据采集单元传递至上位机，并返回至光源输出单元中，实现振动、温度、应变的三个参量同时测量。

Description

一种分布式光纤传感检测系统

技术领域

本实用新型属于光纤传感技术领域，具体涉及一种分布式光纤传感检测系统。

背景技术

分布式光纤传感器由于其具有长距离分布式测量、抗电磁干扰、耐腐蚀性以及电绝缘性等许多优点，在铁路/地铁通信电缆、地铁轨道、隧道等需要进行长距离振动温度及应变检测的领域具有广泛应用。

目前广泛应用的有：基于瑞利散射的分布式光纤传感器对振动进行检测，基于拉曼散射的分布式光纤传感器对温度进行检测，以及基于布里渊散射的分布式光纤传感器对温度/应变进行检测；而传统的技术中，瑞利散射、拉曼散射以及布里渊散射均只能在一种传感器上实现，相对单一。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提供一种分布式光纤传感检测系统，通过对瑞利散射、拉曼散射以及布里渊散射进行同步集成，可实现同一分布式光纤传感器对振动、温度以及应变的同步检测。

本实用新型所采用的技术方案是：

一种分布式光纤传感检测系统，包括依次连接的光源输出单元、环形器以及光纤，所述环形器还依次与光电检测单元、A/D转换单元、数据采集单元和上位机连接；

所述光源输出单元输出的检测光经环形器和光纤后，在所述光纤内激发出瑞利散射光、拉曼散射光以及布里渊散射光，所述瑞利散射光、拉曼散射光以及布里渊散射光返回至环形器内并进入光电检测单元中，之后经A/D转换单元、数据采集单元传递至上位机，并返回至光源输出单元触发信号继续发送激光。

优选地，所述光电检测单元包括光滤波器、波分复用器、第一光电检测器、第二光电检测器、第三光电检测器、第四光电检测器以及解耦模块，所述光滤波器的输入端与环形器连接，输出端与波分复用器和第一光电检测器连接，所述波分复用器与第二光电检测器、第三光电检测器和第四光电检测器连接，所述第一光电检测器、第二光电检测器、第三光电检测器和第四光电检测器均与解耦模块连接；

所述瑞利散射光进入第一光电检测器，同时，拉曼散射光中的斯托克斯光和反斯托克斯光分别进入第三光电检测器和第四光电检测器中，布里渊散射光进入第二光电检测器中。

优选地，所述光源输出单元包括激光器、光耦合器、脉冲光调制器以及光放大器，所述激光器、光耦合器、脉冲光调制器以及光放大器依次连接，所述光放大器和环形器连接。

优选地，该光纤传感检测系统进一步包括光移频器和光偏振器，所述光移频器的输入端和光耦合器连接，所述光移频器的输出端和光偏振器连接，所述光偏振器和第二光电检测器连接。

优选地，所述第一光电检测器、第二光电检测器、第三光电检测器和第四光电检测器均为APD光电探测器。

优选地，所述环形器为三端环形器。

优选地，所述光移频器为电光调制器。

优选地，所述光移频器为声光调制器。

与现有技术相比，本实用新型在使用时，光源输出单元输出的检测光经环形器和光纤后，在光纤内激发出瑞利散射光、拉曼散射光以及布里渊散射光，所述瑞利散射光、拉曼散射光以及布里渊散射光返回至环形器内并进入光电检测单元中，之后经A/D转换单元、数据采集单元传递至上位机，并返回至光源输出单元中，实现振动、温度、应变的三个参量同时测量。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供一种分布式光纤传感检测系统的系统框图。

其中：

1.光源输出单元，2.环形器，3.光纤，4.光电检测单元，5.A/D转换单元，6.数据采集单元，7.上位机，8.光移频器，9.光偏振器，11.激光器，12.光耦合器，13.脉冲光调制器，14.光放大器，41.光滤波器，42.波分复用器，43.第一光电检测器，44.第二光电检测器，45.第三光电检测器，46.第四光电检测器，47.解耦模块。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

在本实用新型的描述中，需要明确的是，术语“垂直”、“横向”、“纵向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“水平”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅仅是为了便于描述本实用新型，而不是意味着所指的装置或元件必须具有特有的方位或位置，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型实施例提供一种分布式光纤传感检测系统，如图1所示，其包括依次连接的光源输出单元1、环形器2以及光纤3，所述环形器2还依次与光电检测单元4、A/D转换单元5、数据采集单元6和上位机7连接；

这样，采用上述结构，所述光源输出单元1输出的检测光经环形器2和光纤3后，在所述光纤3内激发出瑞利散射光、拉曼散射光以及布里渊散射光，所述瑞利散射光、拉曼散射光以及布里渊散射光返回至环形器2内并进入光电检测单元4中，之后经A/D转换单元5、数据采集单元6传递至上位机7，并返回至光源输出单元1触发信号继续发送激光。

具体地，所述光电检测单元4包括光滤波器41、波分复用器42、第一光电检测器43、第二光电检测器44、第三光电检测器45、第四光电检测器46以及解耦模块47，所述光滤波器41的输入端与环形器2连接，输出端与波分复用器42和第一光电检测器43连接，所述波分复用器42与第二光电检测器44、第三光电检测器45和第四光电检测器46连接，所述第一光电检测器43、第二光电检测器44、第三光电检测器45和第四光电检测器46均与解耦模块47连接；

所述瑞利散射光进入第一光电检测器43，同时，拉曼散射光中的斯托克斯光和反斯托克斯光分别进入第三光电检测器45和第四光电检测器46中，布里渊散射光进入第二光电检测器44中。

具体地，环形器2的一端输入到光滤波器41之后分两路，一路为瑞利散射光直接进入第一光电检测器43，另一路进入波分复用器42后分三路分别进入三个光电检测器，布里渊散射光直接进入第二光电检测器44中，拉曼散射光中斯托克斯光和反斯托克斯光分别进入第三光电检测器45、第四光电检测器46中。

所述光源输出单元1包括激光器11、光耦合器12、脉冲光调制器13以及光放大器14，所述激光器11、光耦合器12、脉冲光调制器13以及光放大器14依次连接，所述光放大器14和环形器2连接；

激光器11发出光源的线宽应小于布里渊散射线宽；

基于布里渊散射的分布式光纤，一般激光器均为窄线宽光源，若光源线宽大于布里渊线宽，就不容易散发生布里渊散射的现象。

这样，脉冲光调制器13产生的脉冲光序列经光放大器14进入光纤3，光纤3中返回来的散射光经过环形器传输到光滤波器41之后分为两路，一路瑞利散射光经过第一光电检测器43，另一路经过波分复用器42分为三路，分别为布里渊散射光、拉曼反斯托克斯散射光和拉曼斯托克斯散射光；

这几路散射光经过光电检测后由光信号转换成电信号，经过解耦模块47后进行A/D转换之后进行数据采集传输到上位机中，上位机接收到数据信息后再次触发脉冲光调制器进行再一次的振动、温度以及应变信息检测。

该光纤传感检测系统进一步包括光移频器8和光偏振器9，所述光移频器8的输入端和光耦合器12连接，所述光移频器8的输出端和光偏振器9连接，所述光偏振器9和第二光电检测器44连接；

这样，通过光偏振器9对移频光进行偏振控制，获取所需的偏振光，控制光的偏振方向，也可以削弱光的光强。

所述第一光电检测器43、第二光电检测器44、第三光电检测器45和第四光电检测器46均为APD光电探测器；

这样，通过APD光电探测器可实现对瑞利散射光、拉曼散射光以及布里渊散射光三种散射进行光电探测。

所述环形器2为三端环形器。

在其中一个实施例中，所述光移频器8为电光调制器；

在另外一个实施例中，所述光移频器8为声光调制器；

这样，通过调制使输入的光信号产生一定的光频移，输出至光电检测器与布里渊散射光信号进行相干解调，也可采用直接光电检测。

另外，光纤3为长距离传感光纤。

工作原理：

光源输出单元1输出的检测光通过三端口的环形器2连接波分复用器42、第一光电检测器43以及长距离传感光纤3，并在长距离传感光纤3内分别激发出瑞利散射光、拉曼散射光以及布里渊散射光，其中，瑞利散射光返回至三端口环形器2内并从三端口环形器2的收发复用端进入第一光电检测器43，同时，拉曼散射光中的斯托克斯光和反斯托克斯光分别进入第三光电检测器45和第四光电检测器46中，布里渊散射光进入第二光电检测器44中；

针对温度监测：当外界温度的变化作用在长距离传感光纤3上时，将会引起光脉冲宽度范围内的拉曼散射光强发生变化，进而导致拉曼散射中的反斯托克斯光的光强发生变化，此时就能以斯托克斯光作为参考光解调出反斯托克斯光中携带的温度信息，对多个采样周期采集到的信号进行累加平均处理就能得出温度变化的位置信息；

针对振动监测：当外界振动作用在长距离传感光纤3上时，将会引起光脉冲宽度范围内后向瑞利散射光的相位发生变化，进而导致后向瑞利散射光的光强也发生变化，对多个采样周期采集到的大量信号进行移动平均处理，可以得出振动的位置信息，取出振动位置的时域信号，对其做非均匀傅里叶变换，就可以得出振动的频率信息；

针对应变监测，利用背向光纤自发布里渊散射光的频谱测量光纤所受的应变。

本实施例通过在同一光纤传感器中同时实现布里渊散射、拉曼散射以及瑞利散射分布式光纤传感；同时利用拉曼散射对布里渊散射进行温度补偿，结合瑞利散射，实现振动、温度、应变的双参量同时测量；并且利用脉冲调制和光相干检测技术，提高检测信噪比，延长传感距离，提高检测精度。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种分布式光纤传感检测系统，其特征在于，包括依次连接的光源输出单元(1)、环形器(2)以及光纤(3)，所述环形器(2)还依次与光电检测单元(4)、A/D转换单元(5)、数据采集单元(6)和上位机(7)连接；

所述光源输出单元(1)输出的检测光经环形器(2)和光纤(3)后，在所述光纤(3)内激发出瑞利散射光、拉曼散射光以及布里渊散射光，所述瑞利散射光、拉曼散射光以及布里渊散射光返回至环形器(2)内并进入光电检测单元(4)中，之后经A/D转换单元(5)、数据采集单元(6)传递至上位机(7)，并返回至光源输出单元(1)触发信号继续发送激光。

2.根据权利要求1所述的一种分布式光纤传感检测系统，其特征在于，所述光电检测单元(4)包括光滤波器(41)、波分复用器(42)、第一光电检测器(43)、第二光电检测器(44)、第三光电检测器(45)、第四光电检测器(46)以及解耦模块(47)，所述光滤波器(41)的输入端与环形器(2)连接，输出端与波分复用器(42)和第一光电检测器(43)连接，所述波分复用器(42)与第二光电检测器(44)、第三光电检测器(45)和第四光电检测器(46)连接，所述第一光电检测器(43)、第二光电检测器(44)、第三光电检测器(45)和第四光电检测器(46)均与解耦模块(47)连接；

所述瑞利散射光进入第一光电检测器(43)，同时，拉曼散射光中的斯托克斯光和反斯托克斯光分别进入第三光电检测器(45)和第四光电检测器(46)中，布里渊散射光进入第二光电检测器(44)中。

3.根据权利要求2所述的一种分布式光纤传感检测系统，其特征在于，所述光源输出单元(1)包括激光器(11)、光耦合器(12)、脉冲光调制器(13)以及光放大器(14)，所述激光器(11)、光耦合器(12)、脉冲光调制器(13)以及光放大器(14)依次连接，所述光放大器(14)和环形器(2)连接。

4.根据权利要求3所述的一种分布式光纤传感检测系统，其特征在于，该光纤传感检测系统进一步包括光移频器(8)和光偏振器(9)，所述光移频器(8)的输入端和光耦合器(12)连接，所述光移频器(8)的输出端和光偏振器(9)连接，所述光偏振器(9)和第二光电检测器(44)连接。

5.根据权利要求2-4任一项所述的一种分布式光纤传感检测系统，其特征在于，所述第一光电检测器(43)、第二光电检测器(44)、第三光电检测器(45)和第四光电检测器(46)均为APD光电探测器。

6.根据权利要求1所述的一种分布式光纤传感检测系统，其特征在于，所述环形器(2)为三端环形器。

7.根据权利要求4所述的一种分布式光纤传感检测系统，其特征在于，所述光移频器(8)为电光调制器。

8.根据权利要求4所述的一种分布式光纤传感检测系统，其特征在于，所述光移频器(8)为声光调制器。

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