[发明专利]一种分布式光纤多物理量传感系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，特别涉及一种分布式光纤多物理量传感系统及方法。

背景技术

随着经济的发展和科技水平的不断提高，诸如桥梁、大坝、隧道、管廊等大型建筑越来越多的在各地涌现。但是由于自然灾害、自身结构的问题或者其他人为的因素引起的突发事件屡有发生，给人们的生命财产安全带来了巨大的损失。因此，对这些大型建筑物的健康状态进行有效监测显得尤为重要，

现行的方法一般是通过监测大型建筑物的多个物理量，如温度、振动、应力应变等的变化来间接反映出建筑物结构的健康状态，并在必要时对潜在的危险进行预警。现在一般通过传感器对物理量进行监测，分布式光纤传感器可以根据不同的原理实现不同物理量的测量，比如基于拉曼散射的温度传感，基于瑞利散射的振动、应力传感，基于布里渊散射的应力、应变、温度传感等。但是，无论是健康监测还是潜在危险监测，单一物理量的分布式光纤传感器并不能满足众多应用的需求。

在2002年，相关报道公开了温度和应变同时测量的技术，但是现有技术中还没有同时测量温度和振动的方法。现有的温度、振动监测的技术多属于单一物理量的点式或者光纤分布式测量方式，如果要实现分布式振动、温度同时测量则需要多台仪器的组合。不仅成本较高，而且使用过程复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种分布式光纤多物理量传感系统及方法，以解决现有技术同时测量温度和振动过程复杂的问题。

为实现以上目的，本发明采用的技术方案为：第一方面，提供一种分布式光纤多物理量传感系统，包括：分别与波分复用实现单元的输入端、输出端分别连接的激光脉冲发生单元、传感光缆，波分复用实现单元的输出端还与光检测单元的输入端连接，光检测单元的输出端与数据采集器的输入端连接，数据采集器的输出端通过计算机与信号发生器的输入端连接，信号发生器的输出端与激光脉冲发生单元的输入端连接；

其中，所述的激光脉冲发生单元包括分别与光纤放大器EDFA（11）的输入端、输出端连接的声光调制器、带通滤波器，声光调制器的输入端分别与1550nm窄线宽激光器以及信号发生器连接。

第二方面，提供一种分布式光纤多物理量传感方法，包括：

计算机输出控制信号至信号发生器以驱动信号发生器产生调制信号，信号发生器将产生的调制信号输出至声光调制器；

声光调制器根据信号发生器输出的调制电信号将1550nm窄线宽激光器输出的激光脉冲进行编码，得到激光序列脉冲并发送至光纤放大器EDFA；

光纤放大器EDFA对输入的激光序列脉冲进行放大，得到放大后的激光序列脉冲并发送至带通滤波器；

带通滤波器将预期频率范围以外频率的脉冲衰减掉，得到预期频率范围内的激光序列脉冲并发送至波分复用实现单元；

波分复用实现单元对预期频率范围内的激光序列脉冲进行耦合处理并将耦合处理后的激光脉冲发送至传感光缆；

传感光缆的背向散射光沿光纤原路返回并通过波分复用实现单元发送至光检测单元；

光检测单元将传感光缆的背向散射光转化为电信号后通过光检测单元发送至计算机；

计算机对接收的电信号进行处理，得到振动和温度两个物理量。

与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：本发明采用1550nm窄线宽激光器、声光调制器编码、光纤放大器EDF环行器、带通滤波器和信号发生器的组合方式，将基于相位敏感的分布式光纤振动传感技术和机遇拉曼散射的分布式光纤温度传感技术进行融合，解决了温度、振动同时测量时的激光器兼容问题。选用波长为1550nm的激光器作为光源，该波长在光纤中的传输损耗基本达到理论极限，而且相对于分布式光纤传感常用的探测器的性能也几乎达到探测器本身的极限。通过上述组合方式能够抑制光纤中非线性效应、不减少传感距离、不改变空间分辨率的前提下，通过编码组合的方式同时让多组激光脉冲在光纤中传输，从而间接的提高了在光纤中传输的激光脉冲的能量，最终改善分布式传感系统的信噪比。能在同一单模光纤上实现振动和温度的同时测量。

附图说明

图1是本发明一实施例中一种分布式光纤多物理量传感系统的结构示意图；

图2是本发明一实施例中OTDR基本原理图；

图3是本发明一实施例中一种分布式光纤多物理量传感方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合图1至图3所示，对本发明做进一步详细叙述。