[实用新型]混合光纤传感系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及光纤传感技术领域，尤其涉及一种利用光纤光栅反射/透射以及光纤受激布里渊散射同步测试的混合光纤传感系统。

背景技术

结构健康监测可以为结构服役期间的性能评价、损伤诊断和寿命预测提供可靠数据，也可为结构的设计、防护以及理论研究提供重要参数。基于光纤传感的技术优势，目前光纤布拉格光栅传感技术和基于光纤布里渊散射的传感技术已经在结构健康监测领域发挥了重要作用。尤其近些年基于受激布里渊散射的传感技术(BOTDA)在感测范围和空间精度方面获得了很大提升，相较于基于光纤自发布里渊散射的传感技术优势明显。光纤光栅传感技术具有高精度、复用以及动态测量的独特优势，但是只可以提供离散的空间信息。相反，基于光纤布里渊散射的传感技术则可以提供上百公里范围内光纤沿线的连续信息，但是精度要差一些。如何将两者融合，充分发挥双技术优势，同步实现对结构的整体信息把握和局部关键信息监控，对于结构健康监测具有重要意义。

目前，研究人员已经针对该问题开展了积极研究，取得了一些研究成果。如专利“全尺度分布式与局部高精度共线的光纤传感方法”(申请号：ZL200810064168.3)，提出采用光开关或耦合器将BOTDA(R)与FBG解调仪集成构成一个新的监测系统。专利“基于布里渊光时域反射式光纤传感和光纤光栅传感的底板应力监测装置和方法”(申请号： ZL201220426263.X)和“管桩击入土层的FBG-BOTDA联合传感器检测方法”(公开 201310397789.4)采取了类似方案。文献(Journal of Lightwave Technology,2013,31:1559- 1565；Structural Health Monitoring,2010,9:341-346；International Journal of Distributed Sensor Networks,2012；Structural Control and Health Monitoring,2014,21:317-330。)也分别报道了同时将两种光纤传感技术应用于输电线、隧道、FRP以及混凝土梁预应力损失监测。以上这些方案和应用，其实质是采用BOTDA(R)与FBG解调仪双系统，实现单纤共用。其中，光开关方案不能实现两者的同时测试。耦合器方案中，通过简单设计BOTDR与FBG解调仪可同时测试，两者不会产生光信号间的相互干扰；但是BOTDA和FBG同时测试过程中，由于BOTDA是双端测试系统，其探测光会进入FBG解调仪，造成解调系统信噪比下降，寻峰不精确甚至寻不到峰。采用双系统，会造成监测成本上升，没有实现真正意义上的技术融合。专利“用于工程结构整体和局部应变同时监测的分布式光纤传感器”(申请号：201110069430.5)采用单系统单纤的技术方案，使系统兼容光纤光栅和布里渊时域反射技术，降低了系统成本。该方案可作为基于单端测量的BOTDR技术和FBG传感技术的融合，与基于光纤受激布里渊散射的传感技术相比，其传感距离和空间测试精度受到较大限制。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是如何提供一种可同时获取更大范围更高空间精度整体结构信息以及局部关键位置静、动态信息的混合光纤传感系统。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：一种混合光纤传感系统，其特征在于：包括激光器、光纤耦合器、连续探测光路、泵浦脉冲光路、传感光纤、第二光纤环形器和控制系统，所述激光器的输出端经光纤耦合器后分为两路，第一路与所述连续探测光路的输入端连接，第二路与所述泵浦脉冲光路的输入端连接，所述连续探测光路的输出端经所述传感光纤与第二光纤环形器的一个输入端连接，所述泵浦脉冲光路的输出端与所述第二光纤环形器的另一个输入端连接，所述第二光纤环形器的输出端与所述控制系统的输入端连接。

进一步的技术方案在于：所述连续探测光路包括第二光纤偏振控制器、第二光电调制器、第一光纤环形器、光纤光栅、第二光纤放大器和扰偏器，所述光纤耦合器的一个输出端与所述第二光纤偏振控制器的输入端连接，所述第二光纤偏振控制器的输出端与所述第二光电调制器的输入端连接，所述第二光电调制器的输出端与所述第一光纤环形器的一个输入端连接，所述光纤光栅与所述第一光纤环形器的另一个输入端连接，所述第一光纤环形器的输出端与所述第二光纤放大器的输入端连接，所述第二光纤放大器的输出端与所述扰偏器的输入端连接，所述扰偏器的输出端与所述传感光纤的一端连接。