[发明专利]基于噪声调制的光纤温度、应力传感系统及测量方法

说明书

本发明公开了一种基于噪声调制的光纤温度、应力传感系统，包括半导体激光器（1）、第一电光调制器（2）、1×3光纤耦合器（3）、第一光环行器（4）、第一双向半导体光放大器（5）、第二电光调制器（6）、第二光环行器（7）、第二双向半导体光放大器（8）、1×2光开关（9）、波分复用器（10）、雪崩光电探测器（11）、第一光电探测器（12）、第二光电探测器（13）、数据采集卡（14）、计算机（15）、三芯传感光纤（16）、脉冲调制器（17）、20MHz的任意波形发生器（18）、恒温槽（19）。本发明利用应力变化时由传感光纤损耗变化所引起的瑞利散射强度变化进行检测，以及拉曼散射光强对温度敏感的特点，同时实现光纤沿线温度。

技术领域

本发明涉及分布式光纤传感系统领域，具体为一种基于噪声调制的光纤温度、应力传感系统及测量方法。

背景技术

光纤传感技术自上世纪70年代出现以来，便作为一种新型的传感技术受到了世人的广泛关注。光纤传感技术是以光纤作为激光信号传输介质来实现对外界特定物理量测量的技术。

常用的分布式光纤传感技术主要涉及到三种后向散射：瑞利散射、布里渊散射、拉曼散射。其中，瑞利散射强度最大，易于探测，主要用于光纤断点检测方面；布里渊散射的频移对温度和应力变化均较为敏感，但由于布里渊散射要将由应变引起的频移与温度变化引起的频移准确区分是十分困难的，因此布里渊分布式光纤传感器难以成品化和市场化，且成本极高；拉曼散射的光强度对温度较为敏感，且装置较为简单，因此目前分布式光纤拉曼测温技术比较成熟，温度分辨率和空间分辨率等技术指标都能达到一般工业化的要求，但拉曼散射本身对应力变化并不敏感，因此传统拉曼分布式传感在应力传感方面没有应用。

由上述介绍可知，传统的分布式传感系统在同时测量温度变化与应力变化时主要面临以下问题：一是布里渊散射对温度和应力变化均较为敏感，都会产生布里渊散射的频移，但是由应变引起的频移与温度变化引起的频移在实际情况下难以区分，因此布里渊分布式传感在测量方面仍然面临较大的问题；二是拉曼散射虽然对温度变化较为敏感，但对应力变化并不敏感，也难以实现温度和应力的同时测量。因此，在实际应用中，需要一种结构简单且可以实现温度和应力同时测量的方法。

发明内容

本发明目的是提出一种基于噪声调制的光纤温度、应力传感系统及测量方法，用于解决现有的分布式光纤应力传感系统中存在的难以同时测量温度及应力变化以及混沌信号长距离与高精度无法同时实现的问题。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种基于噪声调制的光纤温度、应力传感系统，包括半导体激光器、第一电光调制器、1×3光纤耦合器、第一光环行器、第一双向半导体光放大器、第二电光调制器、第二光环行器、第二双向半导体光放大器、1×2光开关、波分复用器、雪崩光电探测器、第一光电探测器、第二光电探测器、数据采集卡、计算机、三芯传感光纤、脉冲调制器、20MHz的任意波形发生器、恒温槽。