[发明专利]一种脉冲预泵浦瑞利BOTDA温度与应变的测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于时域和谱域整形的脉冲预泵浦瑞利BOTDA温度与应变的测量方法，属于测量技术领域。

背景技术

基于布里渊散射原理的光纤分布式温度/应变测量技术具有测量精度高、定位准确、距离可达上百公里等独特优点，在电力线缆、大型建筑和水利工程结构、长距离油气管道、蒸汽管道等的健康诊断、故障定位和寿命评估以及地质灾害监测等领域具有广阔的应用前景。

目前国内外布里渊散射分布式光纤传感领域较为成熟的技术包括以下四种：布里渊光时域分析（Brillouin Optical Time Domain Analysis，BOTDA）、布里渊光时域反射（Brillouin Optical Time Domain Reflectometry，BOTDR）、布里渊光相关域分析（Brillouin Optical Correlation Domain Analysis，BOCDA）和布里渊光频域分析（Brillouin Optical Frequency Domain Analysis，BOFDA）。其中，BOTDA技术利用受激布里渊散射（Stimulated Brillouin Scattering，SBS）效应，接收信号强度大，测量精度高，可实现的测量动态范围大，得到了广泛的研究，并取得了重大的进展。在传统BOTDA技术基础上，发展了以下几种方案：①2004年，K. Kishida等首次提出脉冲预泵浦（Pulsed Pre-pump，PPP）BOTDA技术，这种技术是指在脉冲光之前增加一个可以充分激励声子的预泵浦脉冲，从而有效地提高布里渊频移测量精度。②2008年，X.Bao等人在BOTDA系统中采用差分脉冲泵浦法，即将一对宽度不同的脉冲注入光纤中，将其各自产生的布里渊频谱差分，从而提高系统信噪比和布里渊频移测量精度。③2009年，Q.Cui等人提出一种利用末端反射微波调制脉冲基底光作探测光的BOTDA技术，该技术采用单端入射简化装置，提供了长距离传感和高精度测量的可能；在此基础上，2011年提出了一种基于瑞利散射的BOTDA温度传感系统，该系统用微波调制脉冲基底产生的瑞利散射作为探测光，可有效地降低系统的偏振敏感性。④2010年，F.R.Barrios等人在BOTDA系统中使用拉曼放大技术，极大地延长了传感距离。

在上述采用新机理、新方法的BOTDA传感系统中，一方面，由于受声子寿命的限制，空间分辨率和测量精度相互制约，无法同时提高；另一方面，由于连续光与脉冲光发生SBS作用，检测端被测信号中包含了传感脉冲区间以外的光纤状态信息，即存在非本地效应的影响，导致布里渊散射谱产生失真，使被测信号强度产生起伏，进而使测量精度下降，难以同时实现长距离、高空间分辨率和高精度的快速测量。其中，Q. Cui提出的瑞利BOTDA系统具有单光源、单端工作和非破坏的优点，但由于利用微波调制的连续脉冲基底产生的瑞利散射作探测光，非本地效应影响严重，系统性能难以进一步提高。因此，迫切需要探索实现高性能温度/应变测量的新机理和新方法。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种基于时域和谱域整形的脉冲预泵浦瑞利BOTDA温度与应变的测量方法，减小非本地效应，同时提高温度/应变测量精度和空间分辨率。

本发明所述方法是以下述技术方案实现的：

一种脉冲预泵浦瑞利BOTDA温度与应变的测量方法，所述方法所采用的测量系统包括窄线宽激光器、偏振控制器、由微波信号源和阶梯脉冲发生器驱动的电光调制器、微波开关、掺饵光纤放大器、光环行器、光栅滤波器、光滤波器、光电检测器、数据采集与处理单元及计算机，所述激光器、偏振控制器、电光调制器、光放大器、光栅滤波器依次连接后接环行器的第一光口，环行器的第二光口接传感光纤，第三光口依次经光滤波器、光电检测器、数据采集与处理单元接计算机；

测量按如下步骤操作：