[实用新型]一种基于多泵浦的实时光纤布里渊时域分析传感系统

说明书

本实用新型公开了一种基于多泵浦的实时光纤布里渊时域分析传感系统。该系统包括：窄线宽连续激光器、光耦合器、微波源模块、混频器、滤波器、电光强度调制器、掺铒光纤放大器、光纤布拉格光栅、光环形器、偏振分束器、光纤延迟线、偏振合束器、偏振控制器、可编程光处理器、光隔离器、光电探测器、数模转换模块、模数转换模块、待测光纤。本实用新型通过在待测光纤两端分别打入相向传输的泵浦光和探测光，产生受激布里渊散射，然后分析探测光的光谱变化得到待测光纤的信息。本实用新型克服BOTDA系统实时性差、实时性BOTDA系统空间分辨率低、温度应力灵敏度差的不足，由于测量时间压缩至毫秒量级，光纤的kHz以上量级的振动信息也可以被侦测到。

技术领域

本实用新型属于布里渊光时域分析与实时分布式光纤传感领域，涉及一种实时分布式光纤传感系统，具体涉及一种基于多泵浦的实时光纤布里渊时域分析传感系统。

背景技术

受激布里渊散射是一种光纤光传输中出现的比较典型的非线性过程，当输入进光纤的泵浦光功率足够强时，强电磁场的作用会使光纤分子产生电致收缩效应，使介质的密度和介电常数产生周期性的变化，形成声波场。声波使得散射光和泵浦光之间产生一个布里渊频移，在受激布里渊散射中散射光一般表现为斯托克斯光，即泵浦光产生下变频。布里渊频移的频移量不仅由光纤介质本身的材料特性所决定，还与光纤所处的环境相关，如温度、应力、振动等等。

布里渊光时域分析技术（Brillouin Optical Time-Domain Analysis, BOTDA）是一种基于受激布里渊散射机理的传感分析技术，它可以用于长距离光纤的温度、应力、振动的分布式传感监测，在对通信光缆、建筑、油管、电力线、铁道等距离较长的在服役当中长期受到外力和环境侵蚀的大型基础设施的健康监测上有广阔的应用前景。这种技术在光纤两端分别打入相向传输的泵浦光和探测光，当两束光相遇时会产生受激布里渊散射，发生能量转移，并在两束光的频率差等于布里渊频移时能量转移达到峰值。通过分析探测光的光谱变化，根据布里渊频移与温度、应力、振动等的线性关系，并从时间上计算探测光和泵浦光在光纤中发生散射的位置，可以得到整一条长距离光纤每一位置上的温度、应力、振动等信息。

目前，BOTDA常采用的方式是对探测光进行扫频，并根据泵浦光和探测光打入的时间，最后得到整合恢复出光纤上的温度、应力信息，但这种方法做一次完整的扫描需要耗费数十分钟，实时性非常差。而一些响应速度快、实时性较好的BOTDA系统，则有空间分辨率低、温度应力灵敏度差等缺点的存在。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服传统BOTDA系统实时性差、实时性BOTDA系统空间分辨率低、温度应力灵敏度差的不足，提出一种基于多泵浦的实时光纤布里渊时域分析传感系统。

本实用新型的目的至少通过如下技术方案之一实现。

一种基于多泵浦的实时光纤布里渊时域分析传感系统，包括：窄线宽连续激光器、光耦合器、微波源模块、混频器、滤波器、第一电光强度调制器、第二电光强度调制器、第一掺铒光纤放大器、光纤布拉格光栅、第一光环形器、第二掺铒光纤放大器、偏振分束器、光纤延迟线、偏振合束器、第一偏振控制器、第三掺铒光纤放大器、可编程光处理器、第二偏振控制器、光隔离器、第二光环形器、光电探测器、数模转换模块、模数转换模块、第三偏振控制器、第四掺饵光纤放大器、第三光环形器、待测光纤；

其中，窄线宽连续激光器的输出端连接光耦合器的输入端；光耦合器的两个输出端分别连接第一电光强度调制器和第二电光强度调制器的光输入端；

数模转换模块的两个信号输出端分别连接第一电光强度调制器的电接口和混频器的一个输入端；混频器的另一个输入端连接微波源模块的输出端，混频器的输出端连接滤波器的输入端；滤波器的输出端连接第二电光强度调制器的电接口；

第一电光强度调制器、第一掺饵光纤放大器、光隔离器和第三光环形器顺次连接；第三光环形器的第一端口连接光隔离器的输出端，第三光环形器的第二端口连接待测光纤的一端；