[发明专利]基于受激布里渊慢光效应的分布式光纤传感器及传感方法

说明书

技术领域

本发明属于光纤传感领域，特别涉及一种基于受激布里渊慢光效应的分布式光纤传感器及传感方法。

背景技术

光纤布里渊效应是激光在光纤中产生频移的效应，它是光纤分布式传感网络常用的组网方法的基础。利用光纤布里渊分布式传感系统，可以对光纤沿线的温度和应力做监控。在大型土木工程、能源线路等领域有非常广泛的应用前景。目前光纤布里渊分布式传感系统的信号都是在频域内解调的，由于布里渊频移非常高（一般大于10GHz），光的传播速度又非常快，这种分布式检测想要做到高空间分辨率，必须实现高速的频率测量，然而做到这一点非常困难。因此目前光纤布里渊分布式传感的技术难度很大，价格非常昂贵。

光纤受激布里渊慢光效应是一类非线性效应，是某段光纤中发生布里渊效应时，通过该段光纤的特定波长的激光发生传播速度变化的现象。激光传播速度变化量和该段光纤所处的环境参数相关，因此只要测得这个延迟量就能解调出光纤沿线的环境参数。

综上，考虑利用光纤受激布里渊慢光效应实现分布式传感，进而使信号能够在时域内解调具有重要意义。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种基于受激布里渊慢光效应的分布式光纤传感器，该传感器通过设置一可调双脉冲发生器来调节泵浦光和探针光的时间差，进而控制二者在传感光纤中相遇的位置，实现分布式检测，相较于现有传感器，具有系统结构简单，设备成本低的优点。

本发明的另一个目的是提供一种基于上述分布式光纤传感器的传感方法。该传感方法通过检测发生受激布里渊慢光效应的激光在光纤中传播的延迟，可以从时域上进行传感信号的解调，具有解调速度快、技术实现容易的特点。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：基于受激布里渊慢光效应的分布式光纤传感器，包括激光光源、光纤耦合器、传感光纤、泵浦端电光调制器、探针端电光调制器、可调双脉冲发生器和信号采集处理模块，其中激光光源发出的激光经过光纤耦合器分成两路，其中一路经过泵浦端电光调制器后入射到传感光纤中，另一路经过探针端电光调制器调制后入射到传感光纤中；所述可调双脉冲发生器分别与泵浦端电光调制器、探针端电光调制器连接，用于控制二者入射到传感光纤的泵浦光脉冲和探针光脉冲的入射时刻；所述信号采集处理模块与可调双脉冲发生器连接，用于采集产生布里渊慢光效应后的探针光的延迟量，进而得到当前光纤所处的环境参数，完成检测。通过设置可调双脉冲发生器这一结构，可以控制从泵浦端电光调制器、探针端电光调制器这两个电光调制器出射的泵浦光和探针光的时间差，从而控制它们在传感光纤中相遇的位置，产生布里渊慢光效应，导致探针光被延迟，信号采集处理模块通过采集探针光的延迟量即可实现分布式检测。

具体的，所述分布式光纤传感器还包括掺铒光纤放大器、光纤环形器、光电接收器，所述激光光源发出的激光经过光纤耦合器后，其中一路进入泵浦端电光调制器得到脉冲泵浦光，然后脉冲泵浦光进入掺铒光纤放大器进行放大，然后经过光纤环形器入射到传感光纤中；所述光纤环形器通过光电接收器与信号采集处理模块相连。

具体的，所述分布式光纤传感器还包括偏振控制器、正弦信号发生器、频移电光调制器、光纤滤波器、光纤隔离器和扰偏器，所述激光光源发出的激光经过光纤耦合器后，其中一路经过偏振控制器进入频移电光调制器，频移电光调制器受正弦信号发生器调制，经过频移电光调制器调制后的信号依次经光纤滤波器、探针端电光调制器、光纤隔离器和扰偏器后入射到传感光纤中。

更进一步的，所述激光光源为线宽小于1MHz的激光光源。例如单纵模激光光源等。

一种基于受激布里渊慢光效应的分布式光纤传感方法，包括以下步骤：通过泵浦端电光调制器和探针端电光调制器分别控制入射到传感光纤的泵浦光脉冲和探针光脉冲的入射时刻，让它们在传感光纤的不同位置相遇，产生布里渊慢光效应，导致探针光被延迟；获得探针光的延迟量；根据探针光的延迟量与环境参数的关系，反推出泵浦光和探针光相遇位置的传感光纤所处的环境参数的大小。

具体的，包括以下步骤：

（1）将传感光纤置于待检测环境中，开启激光光源；

（2）激光光源发出的激光经过光纤耦合器分成两路，其中一路经过泵浦端电光调制器变成脉冲泵浦光，脉冲泵浦光经过掺铒光纤放大器放大后，再经过光纤环形器入射到传感光纤中；另一路经过偏振控制器、受正弦信号发生器调制的频移电光调制器后，发生上频移和下频移，发生频移的光经过光纤滤波器后，上频移和原来频率的光被滤掉，只剩下下频移的光，下频移的光经过探针端电光调制器、光纤隔离器和扰偏器后转换成脉冲探针光入射到传感光纤的另一端；