[发明专利]光纤分布式动静态参量同时传感测量的装置及方法

说明书

本发明公开了一种光纤分布式动静态参量同时传感测量的装置及方法，其中装置包括：宽带光源和窄带DFB激光源，通过波长复用器与扰偏器连接；光/声光调制器，与扰偏器连接；调制器驱动模块，与电光/声光调制器连接；铒光纤放大器EDFA，与电光/声光调制器连接；第一环形器，第二环形器，第三环形器，耦合器，数据采集与信号处理模块与四个光电探测器连接，用于采集信号并进行相位解调，实现对窄带弱光栅阵列的准静态测量以及宽带啁啾弱光栅阵列的动态传感测量。本发明可实现光纤分布式动静态参量同时传感测量。

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，尤其涉及一种光纤分布式动静态参量同时传感测量的装置及方法。

背景技术

光纤传感技术对比电传感器拥有很多良好的优点。面对物联网产业高速发展的巨大需求，光纤传感技术正面临着新的机遇和挑战，但存在光纤传感需求的多样性与光纤传感功能单一性之间的矛盾。在油气井开采与探测、油气管线、桥梁、大型管廊等，若能对动态和静态信号同时进行监测，则可大大减少监控系统的成本，并提高监测的有效性和可靠性。

基于光背向散射技术传感，可用来测量温度、应变等准静态物理量，如布里渊散射技术能够分布式测量温度或者应变；另外一种是使用光纤中的干涉效应来测量振动等动态信号，如基于瑞利散射光偏振效应、C-OTDR、Sagnac干涉和Mach-Zehnder干涉，此类技术利用光纤中光波的相位或偏振信息，对快速变化的动态信号非常敏感，但不能测量准静态的温度/应变参量。部分学者利用拉曼散射或布里渊散射与Φ-OTDR融合实现了动态与静态传感信号的分布式解调，但是系统信噪比差，系统成本高。

发明专利CN 20151011446.0发明了一种在线制备光纤光栅系统，在线制备FBG阵列是指在光纤拉制的过程中，利用准分子激光器的输出单脉冲激光能量直接刻写低反射率的光纤光栅阵列技术，然后再进行二次涂覆，形成大容量低反射率的弱光栅传感阵列，这种制备技术生产效率高，因而成本大大降低，工艺灵活，涂层均匀，并且光栅阵列无焊点，光纤传输损耗低，抗机械拉力强度与光纤一样，工程施工方便，通常使用时分复用与波分复用技术进行对FBG波长解调，相对于普通的高反射率的波分复用系统，这种方法的复用容量大大增加了传感器的数量，形成大容量的光纤传感系统。武汉理工大学在动态连续制备光纤光栅阵列技术已经成熟，并发表在Chinese Optics Letters.2013,11(3):030602。发明专利CN201710744196.9发明了一种在线拉丝状态下，自动快速切换相位掩膜版刻写多波长的弱光栅阵列装置与方法。发明专利CN201710122717.7发明了一种精确控制光栅间距，实现在线刻写振动传感弱光栅阵列的装置与方法。

发明内容

针对目前同时实现分布式静态信号与动态信号监测的难点，本发明利用在线连续制备大容量弱光栅阵列，实现一种监测准静态、动态测量传感阵列的装置与方法，监测精度高，系统成本低。

本发明所采用的技术方案是：

提供一种光纤分布式动静态参量同时传感测量的装置，其特征在于，包括：

宽带光源和窄带DFB激光源，通过波长复用器与扰偏器连接；

电光/声光调制器，与扰偏器连接；

调制器驱动模块，与电光/声光调制器连接；

掺铒光纤放大器EDFA，与电光/声光调制器连接；

第一环形器，其第一端口与掺铒光纤放大器EDFA连接，第二端口与传感光纤连接，该传感光纤上间隔设有窄带弱光栅阵列和宽带啁啾弱光栅阵列，且两个光栅阵列反射频谱不重叠；

第二环形器，其第一端口与第一环形器的第三端口连接，其第二端口与高反射率的啁啾光栅连接，高反射率的啁啾光栅通过色散补偿光纤与第一光电探测器连接；该高反射率的啁啾光栅的带宽大于单模光纤上的宽带啁啾弱光栅阵列的带宽，并且中心波长一致；