[实用新型]一种同时测量温度和应变的分布式光纤传感装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种分布式光纤传感测量装置，尤其是涉及一种同时测量温度和应变的分布式光纤传感装置。

背景技术

光纤传感技术一种新型的传感技术，具有测量精度高、抗电磁干扰、本质安全、分布式测量等优点，在电力、石化、结构、消防等领域具有广泛应用。基于布里渊散射的分布式光纤传感器是近年来发展迅速的光纤传感器，其通过检测光纤各位置背向自发或受激布里渊散射光相对入射光的频移量来实现分布式传感器对各种参数的测量，如对电缆的温度和应变的测量，尤其是基于受激布里渊散射效应的布里渊光时域分析仪（Brillouin Optical Domain Analysis，BOTDA），采用环路光纤的光路结构，因受激散射信号被放大，测量距离可达数十公里，远高于其它类型的分布式光纤传感器，是目前分布式光纤传感器中最具应用前景的一种。但是，由于布里渊频移量对温度和应变同时敏感，且二者是线性相关的，因此在实际应用过程中会存在温度和应变交叉敏感的问题，因此很难从最终得到的布里渊频移量中分离出温度和应力各自引起的变化量，严重阻碍了此类传感器的应用推广。

目前已报道的能同时测量温度和应变的相关解决技术有以下几种：

1.散射光强度和频移的双参量法(J.Smith et al.,Simultaneous distributed strain and temperature measurement,Appl.Opt,38：5372-5377,1999)：这类方法同时测量背向散射光强度和频移量，联立方程解出温度和应力变化量。但布里渊光强度的测量限制了传感器的探测距离，而且光强度检测易受到外界扰动，光源输出功率抖动以及偏振态漂移等问题的影响。

2.特殊光纤法(X.Bao,Q.Yu and L.Chen,Simultaneous strain and temperature measurements with polarization-maintaining fibers and their error analysis by use of a distributed Brillouin loss system,Optics letters,29(12):1342-1344,2004)：这类方法采用保偏光纤、光子晶体光纤、大有效面积光纤等特殊光纤区分温度应力两物理量，但由于特殊光纤大都价格昂贵，因此用于长距离传感应用成本过高。

3.申请号为201010229960.7的发明专利公开了一种使用分布式光纤传感器同时测量温度和应力的装置和方法，将两根温度系数和应变系数不同的测量光纤并列设置，通过光开关切换装置的切换得到每根测量光纤的布里渊频移值，再联立方程即可同时得出温度和应力变化量。但该方案需要实现4根光纤以实现2个光纤环路。

4.专利号为US 7599047B2的美国专利公开了一种新的装置和方法，采用折射率不同的两根光纤，将两根折射率不同光纤利用分路器连接或直接焊接在一起形成一个光纤环路，通过分别测量两光纤在同一位置的布里渊频移量，联立方程可同时解出该位置温度和应变变化量。但由于光纤存在损耗，光纤尾端的散射信号弱，从而导致布里渊频移测量噪声大，进而影响解调的温度和应变的测量精度，因此利用该方案可实现的测量距离有限。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种适合长距离、高测量精度的能同时测量温度和应变的分布式光纤传感装置。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种同时测量温度和应变的分布式光纤传感装置，包括布里渊光时域分析模块、探测光缆模块，还包括光开关模块，所述的布里渊光时域分析模块设置有脉冲激光输出端口和泵浦激光输出端口，所述的光开关模块设置有两个光信号输入端口和两个光信号输出端口，所述的探测光缆模块包含两根布里渊频移温度系数或者/和布里渊频移应变系数不同的第一单模光纤和第二单模光纤，所述的第一单模光纤和所述的第二单模光纤末端连接，所述的布里渊光时域分析模块的脉冲激光输出端口和所述的泵浦激光输出端口分别与所述的光开关模块的两个光信号输入端口连接，所述的光开关模块的两个光信号输出端口分别与所述的第一单模光纤和第二单模光纤的输入端连接。

所述的布里渊光时域分析模块是利用受激布里渊散射效应而制成的布里渊型连续分布式光纤传感器，该模块将脉冲激光和泵浦激光相向入射到光纤测量环路上，实现光纤分布式温度、应变测量。