[发明专利]一种基于多芯光纤的布里渊时域分析系统和方法

说明书

本发明提出了一种基于多芯光纤的布里渊时域分析系统和方法，通过设置脉冲混沌激光信号源产生特性良好的混沌光信号，可以实现与距离无关的高分辨率测量，准确反映光纤张工故障点的位置信息；为了消除偏心纤芯中布里渊频移对弯曲敏感的问题，本实施例先将两个对称外层芯的布里渊频移求平均，以消除弯曲对布里渊频移的作用，再将平均处理后的布里渊频移与中间芯的数据联立求解系数矩阵，以实现温度、应力的解耦。

技术领域

本发明涉及分布光纤传感领域，尤其涉及一种基于多芯光纤的布里渊时域分析系统和方法。

背景技术

随着光纤传感技术迅速发展，光纤传感技术越来越受到人们的关注，正逐步成为继光纤通信产业之后又一大光纤应用技术产业。根据我们的现有研究成果，发现多芯光纤的外层芯布里渊频移对弯曲敏感的特性，而中间芯跟普通的单模光纤一样对弯曲并不敏感，所以在多芯光纤中构建布里渊分布式传感系统，不仅可以测温度，纵向应力，还能测横向弯曲，相当于拓展了一个维度。但是，实验发现，在多芯光纤中，中间芯不同位置处的布里渊增益峰值都出现在较为一致的频移处，而偏心纤芯中不同位置处的布里渊频移呈现出明显的较大差别，经过分析，认为多芯光纤中外层芯的布里渊频移在不同位置呈现出随机起伏的现象是由弯曲导致的，并且因弯曲导致多芯光纤中布里渊频移总量与理论值有较大的区别，使得定位的结果不准确，因此，为解决上述问题，本发明提供一种基于多芯光纤的布里渊时域分析系统和方法，可以消除因弯曲造成布里渊频移，并且可以实现空分复用。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种基于多芯光纤的布里渊时域分析系统和方法，可以消除因弯曲造成布里渊频移，并且可以实现空分复用。

本发明的技术方案是这样实现的：本发明提供了一种基于多芯光纤的布里渊时域分析系统，包括：脉冲混沌激光信号源、第一耦合器、多芯光纤扇入耦合器、多芯光纤扇出耦合器、第一偏振控制器、第二偏振控制器、直流偏振源、脉冲发生器、微波源、电光调制器、半导体光放大器、第一掺铒光纤放大器、第二掺铒光纤放大器、偏振开关、光隔离器、第一环形器、第二环形器、光栅滤波器、光电探测器、示波器、信号处理器和多芯光纤；

脉冲混沌激光信号源产生的光信号经过50:50的第一耦合器后被分成两路，其中上面一路用于产生探测光，下面一路用于产生泵浦光，探测光由电光调制器产生，微波源将调制信号加载到电光调制器上，电光调制器工作于载波抑制的双边带模式下，两个边带光依次经过第一掺铒光纤放大器、偏振开关和光隔离器后，经过多芯光纤扇入耦合器进入多芯光纤的某个纤芯；另一路光经过高消光比的半导体光放大器后产生光脉冲，其中半导体光放大器由脉冲发生器驱动，产生的脉冲光先经第二掺铒光纤放大器进行放大，再经过第一环形器，由多芯光纤扇出耦合器进入待测多芯光纤；在接收端，第一环形器输出的光信号经过第二环形器到达光栅滤波器，光栅滤波器滤掉反斯托克斯光、EDFA的自发辐射噪声、泵浦光的瑞利散射和反射光，只剩斯托克斯光进入光电探测器，光电探测器将光信号转换为电信号，再由示波器进行采集，其中脉冲发生器的触发信号接入示波器用于信号同步。

在以上技术方案的基础上，优选的，脉冲混沌激光信号源包括分布式反馈激光器、第二耦合器、第三偏振控制器和光纤反射镜；

分布式反馈激光器产生的连续激光被50:50的第二耦合器分成功率相等的两部分，一部分作为激光输出，另一部分作为反馈路径，在反馈路径中，光纤反射镜产生反馈光，偏振控制器调节反馈光的偏振态，在输出路径中就产生具有随机振荡的连续混沌激光。

在以上技术方案的基础上，优选的，多芯光纤为七芯光纤，包层为125微米，纤芯间隔为42微米，其中一个纤芯位于光纤的几何中心，剩余六个纤芯呈六角形排列。

进一步优选的，脉冲混沌激光信号源输出光信号的波长为1551nm。

进一步优选的，电光调制器为20GHz的马赫曾德电光调制器。

进一步优选的，光栅滤波器的带宽为6GHz。