[发明专利]混沌布里渊光相干域分析的分布式光纤传感装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及分布式光纤传感系统，具体是一种混沌布里渊光相干域分析的分布式光纤传感装置及方法。

背景技术

分布式光纤传感系统因具有分布式测量、监测距离长、空间分辨率高、响应时间快、抗电磁干扰等优势，已被广泛应用于航空航天、石油化工、电力工业、核工业、土木工程及军事等领域。目前，分布式光纤传感系统依据光纤中的散射机制可分为如下三种：基于瑞利散射的分布式光纤传感系统、基于拉曼散射的分布式光纤传感系统、基于布里渊散射的分布式光纤传感系统。其中，基于布里渊散射的分布式光纤传感系统由于其在温度和应变测量上所能达到的测量精度、传感距离、空间分辨率相比另外两种分布式光纤传感系统具有明显的优势，并且能实现对温度和应变的同时测量，而成为该领域的研究热点。

在现有技术条件下，基于布里渊散射的分布式光纤传感系统可分为如下两种：基于布里渊光时域的分布式光纤传感系统、基于布里渊光相干域的分布式光纤传感系统。其中，基于布里渊光时域的分布式光纤传感系统因其自身原理所限，存在空间分辨率低、测量时间长的问题，导致其适用范围严重受限（例如，其不适用于飞机机翼、火箭和风力涡轮叶片等结构状态的分布式传感检测）。基于布里渊光相干域的分布式光纤传感系统又可分为如下两种：基于布里渊光相干域反射（BOCDR, Brillouin Optical Correlation Domain Reflectometry）的分布式光纤传感系统、基于布里渊光相干域分析（BOCDA, Brillouin Optical Correlation Domain Analysis）的分布式光纤传感系统。相较于基于布里渊光时域的分布式光纤传感系统，基于布里渊光相干域的分布式光纤传感系统可以明显提高空间分辨率。例如，日本东京大学的Kazuo Hotate等人提出利用正弦信号对光源进行频率调制，可以构造成相干峰具有周期性的相干函数，从而实现传感距离为100m、空间分辨率为40cm的BOCDR系统（Optics Express, 2008, vol.16, no.16, 12148）。又例如，日本东京大学的Kazuo Hotate等人利用正弦信号频率调制光源输出，构建了传感距离为20m、空间分辨率为10cm的BOCDA系统（Photonics Technology Letters, 2007, vol.19, no.23, 1928）。然而，基于布里渊光相干域的分布式光纤传感系统因其自身原理所限，存在无法兼顾空间分辨率和传感距离的问题。

为了克服基于布里渊光相干域的分布式光纤传感系统无法兼顾空间分辨率和传感距离的问题，中国专利ZL201310045097.3公开了一种基于混沌激光信号相干法的分布式光纤传感装置及其测量方法。然而，该装置及其测量方法因其自身原理所限，存在传感距离严重受限、空间分辨率低的问题，具体阐述如下：一方面，该装置及其测量方法是基于传感光纤中的自发布里渊散射过程实现的，由于传感光纤中的自发布里渊散射产生的斯托克斯光信号功率比较低，导致其传感距离会受到严重限制。另一方面，在该装置及其测量方法中，散射回的斯托克斯光信号相对于作为参考信号的混沌激光信号，其光谱宽度产生了明显窄化，导致其空间分辨率大幅降低。

基于此，有必要发明一种全新的分布式光纤传感系统，以解决现有分布式光纤传感系统无法兼顾空间分辨率和传感距离、传感距离严重受限、空间分辨率低的问题。

发明内容

本发明为了解决现有分布式光纤传感系统无法兼顾空间分辨率和传感距离、传感距离严重受限、空间分辨率低的问题，提供了一种混沌布里渊光相干域分析的分布式光纤传感装置及方法。

本发明是采用如下技术方案实现的：混沌布里渊光相干域分析的分布式光纤传感装置，包括宽谱混沌半导体激光器、1×2光纤耦合器、光扰偏器、光隔离器、第一光放大器、可变光延迟线、第二光放大器、光环行器、传感光纤、可调谐光滤波器、宽带增益光电探测器、数据采集装置、信号处理装置、显示装置；

其中，宽谱混沌半导体激光器的出射端与1×2光纤耦合器的入射端连接；

1×2光纤耦合器的第一个出射端通过单模光纤跳线与光扰偏器的入射端连接；光扰偏器的出射端通过单模光纤跳线与光隔离器的入射端连接；光隔离器的出射端通过单模光纤跳线与第一光放大器的入射端连接；第一光放大器的出射端与传感光纤的一端连接；