[发明专利]一种全分布式光纤温度或应变的传感方法与传感器

说明书

本发明公开了一种全分布式光纤温度或应变的传感器，包括激光器，所述激光器连接第一耦合器，所述第一耦合器连接电光调制器和移频模块，所述电光调制器连接掺铒放大器，所述掺铒放大器连接声光调制器，所述声光调制器连接带通滤波器，所述带通滤波器连接环形器，所述环形器连接传感光纤和第二耦合器，所述第二耦合器连接移频模块和平衡探测器，所述平衡探测器连接数据采集模块，所述数据采集模块连接信号处理模块。本发明能在单根光纤上实现了温度或应变的全分布式测量，空间分辨率高，信噪比较高，传感速度高效。

技术领域

本发明涉及光纤传感领域，尤其涉及一种全分布式光纤温度或应变的传感方法与传感器。

背景技术

在受到应力、温度、电场、磁场等外界环境因素的影响时，光纤中传输的光波容易受到这些外场或量的调制，因而光波的表征参量如强度、相位、频率、偏振态等会发生相应变化，通过检测这些参量的变化，就可以获得外界被测参量的信息，实现对外界被测参量的传感功能，这种技术被称为光纤传感技术。

有些被测对象往往不是一个点或者几个点，二是呈一定空间分布的场，如温度场、应力等，这一类被测对象不仅涉及距离长、范围广，而且呈现三维空间连续性分布，此时单点甚至多点准分布式传感已经难以胜任多参量检测，全分布式光纤传感系统应运而生。在分布式光纤传感系统中光纤既作为信号传输介质，又是传感单元；即它将整根光纤作为传感单元，因而可以测量光纤沿线任意位置的应力或温度变化，进行全分布式测量。

与传统的电类或者机械类传感器相比，光纤传感器具有灵敏度高，抗电磁干扰，体积小，损耗低以及可进行远距离分布式测量的优点。当光纤受到温度或者应变影响时，光波在其中产生的布里渊散射光的频率会发生偏移，被称为布里渊频移；同时布里渊散射光的功率会发生变化。频移和功率变化的大小与光纤所示温度变化、应变的大小成正比。布里渊光时域反射(BOTDR)技术通过向光纤中注入脉冲光，并测量脉冲光在光纤中传播过程中连续产生的布里渊散射光的频移和功率变化，然后通过自发布里渊散射光功率或者频移的变化量与温度和应变变化的线性关系来进行全分布式传感。

传统的基于布里渊光时域反射(BOTDR)系统的空间分辨率受限于探测脉冲线宽，等于探测脉冲线宽的一半；当脉冲线宽比声子寿命(10ns)还短时，布里渊增益的减少会使布里渊频移测量的准确性降低，进而影响传感精度，这使得空间分辨率限制在1m以内。

发明内容

有鉴于此，本发明的实施例提供了一种拥有高分辨率和传感速度的可以测量温度或应变全分布式光纤温度或应变的传感方法与传感器。

本发明的实施例提供一种全分布式光纤温度或应变的传感器，包括激光器、第一耦合器、电光调制器、掺铒放大器、声光调制器、带通滤波器、环形器、传感光纤、移频模块、第二耦合器、平衡探测器、数据采集模块和信号处理模块，所述激光器连接第一耦合器，所述第一耦合器连接电光调制器和移频模块，所述电光调制器连接掺铒放大器，所述掺铒放大器连接声光调制器，所述声光调制器连接带通滤波器，所述带通滤波器连接环形器，所述环形器连接传感光纤和第二耦合器，所述第二耦合器连接移频模块和平衡探测器，所述平衡探测器连接数据采集模块，所述数据采集模块连接信号处理模块，所述激光器输出脉冲光，所述脉冲光经第一耦合器分成两路，一路为探测脉冲光和一路为参考脉冲光，所述探测脉冲光依次经电光调制器、掺铒放大器、声光调制器、带通滤波器和环形器处理后输入传感光纤，所述探测脉冲光在传感光纤中产生自发布里渊散射光，所述布里渊散射光返回环形器，并输入第二耦合器的一端，所述参考脉冲光经移频模块输入第二耦合器的另一端，所述第二耦合器将两路光信号输入平衡探测器，两路光信号在所述平衡探测器中进行相干探测后被转化为电信号，所述数据采集模块收集所述电信号，并传输给信号处理模块，所述信号处理模块进行处理，得到布里渊散射光的频移大小，进而得到光纤温度或应变。

进一步，所述电光调制器受波形发生器的控制。

一种全分布式光纤温度或应变的传感方法，包括以下步骤：

(1)激光器依次输出三束连续光；