[发明专利]温度、应变、振动同时测量的分布式光纤传感系统

说明书

本发明公开了一种温度、应变、振动同时测量的分布式光纤传感系统，该系统包括：扫频激光器、光耦合器、光纤延时线、平衡光探测器、脉冲激光器、光隔离器、光纤环形器、带通滤波器、波分复用器、单通道光电探测器、双通道光电探测器、数据采集卡、单模传感光纤。本系统中，温度传感单元与振动传感单元共用所述脉冲激光器，扫频激光器为应变传感单元提供光源，两个光源通过光耦合器相连；波分复用器分别连接光耦合器与传感光纤。本发明传感系统提高了传感系统对环境监测的全面性，具有更高的实用价值。

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，尤其涉及一种温度、应变、振动同时测量的分布式光纤传感系统。

背景技术

现有单独的分布式测温系统、分布式应变测量系统、分布式振动测量系统的关键技术已趋于成熟且有了工业级的应用，系统的性能参数(空间分辨率、测量精度等)也在不断突破。但由于背向散射信号功率方面的限制，这些单独的分布式测量系统的传感光纤大都为多模光纤，基于单模光纤的分布式传感系统的研究资料则相对少得多，且这些传感系统至多只实现了两种物理量(温度与应变共线传感或者温度与振动共线传感)在同一根光纤上的同时测量，未实现光纤温度应变振动三种物理量在一根光纤上同时测量的系统。以上两点均在一定程度上制约了分布式光纤传感技术的深入应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种温度、应变、振动同时测量的分布式光纤传感系统，解决了分布式光纤传感背向散射信号功率方面的限制，该系统结构合理、测量结果准确可靠。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种温度、应变、振动同时测量的分布式光纤传感系统，包括温度传感单元、振动传感单元、光纤应变传感单元，温度传感单元与振动传感单元共用脉冲光源，脉冲激光器与扫频激光器通过光耦合器集成，同时背向拉曼散射光与背向瑞利散射光通过波分复用器与带通滤波器逐一分离，被光电探测器接收，通过数据采集卡进行数据采集。

按上述技术方案，脉冲激光在传感光纤中发生拉曼散射与瑞利散射后，波分复用装置分离出背向拉曼散射光，瑞利散射光则进入环形器，分离出的光进入光电探测器。

按上述技术方案，光纤应变传感单元包括扫频激光器、光耦合器、延时光纤和光平衡探测器，扫频激光分为两路，一路通过光耦合器与延时光纤生成本地干涉光被光平衡探测器接收，另一路光的99％进入传感光纤，背向瑞利散射光与其余1％的本振光进入光耦合器发生干涉后，被光平衡探测器接收后，由数据采集卡进行采集。

按上述技术方案，温度传感单元、振动传感单元、应变传感单元通过波分复用装置共用一根单模传感光纤。

按上述技术方案，扫频激光器连接第一1*2光耦合器，第一1*2光耦合器的分光比为90:10，90％的一路连接一个第四1*2光耦合器，第四1*2光耦合器的分光比为99:1，99％的一路连接第五2*1光耦合器的一端，第五2*1光耦合器的分光比为50:50，脉冲激光器连接第五2*1光耦合器的另一端；第四1*2光耦合器的1％的一路连接第六2*1光耦合器的输入一端，第一1*2光耦合器的10％的一路连接第二1*2光耦合器，第二1*2光耦合器的分光比为50:50，第二1*2光耦合器的输出一端连接第三2*1光耦合器，另一端接上一段延时光纤后再连接第三2*1光耦合器，第三2*1光耦合器输出端连接平衡光电探测器一，平衡光电探测器一的输出端连接数据采集卡；第四光耦合器的输出端连接光隔离器，光隔离器连接光纤环形器的输入端，光纤环形器的传感端连接波分复用器二的输入端，光纤环形器的反射端连接第七1*2光耦合器的输入端，第七1*2光耦合器的分光比为50：50，第七1*2光耦合器的输出一端连接带通滤波器，带通滤波器连接第六2*1光耦合器的另一输入端，第六2*1光耦合器的输出端连接平衡光电探测器二，平衡光电探测器二的输出端连接数据采集卡；第七1*2光耦合器的输出另一端连接波分复用器一，波分复用器一的输出端连接单通道光电探测器，光电探测器的输出端连接A/D数据采集卡，波分复用器二的传感端连接单模光纤，波分复用器二的两个输出端分别与双通道光电探测器的两个输入端相连，光电探测器的两个输出端连接A/D数据采集卡。