[发明专利]一种基于光载微波干涉的多相流参数分布式光纤测量系统

说明书

本发明涉及一种基于光载微波干涉的多相流参数分布式光纤测量系统，其特征在于：包括宽带载波信号源(1)、光偏振器(2)、光偏振控制器(3)、宽带频率可调谐微波源(4)、电光调制器(5)、光放大器(6)、光环行器(7)、传输光纤(8)、分布式传感光纤(9)、光电探测器(10)、锁相放大器(11)、矢量微波探测器(12)、计算机(13)、测量管道(14)与多相流(15)，其中，分布式传感光纤(9)铺嵌于多相流管道内壁中。

技术领域

本发明属于先进传感和复杂流动测试领域，具体为一种基于光载微波干涉的多相流参数分布式光纤测量系统。

背景技术

多相流存于化工、水利、气象、能源、冶金、生物、食品加工、航空航天等国民经济重要的工业生产过程、系统和装备中，理解多相流的流动特性以及实现其流动参数的检测具有重要的研究意义和实用价值。多相流场本质是连续的，尤其对于相对复杂的多相流动结构而言，为了更准确地表达多相流动特征，更深入地研究多相流动特性，往往需要获得沿流动方向一定距离甚至全程范围内流动特征的高精度、多参量信息，而非仅仅某个位置处的单一参量信息。而现有的多相流检测技术主要是点式和准分布式传感器，仅能检测流场某处或某几处的变化信息，且可测量参量单一、也不能实现空间连续的长距离分布式测量，这些都严重制约了其在多相流检测领域的实际应用，为此需要一种适用于多相流测试领域的空间连续的分布式测量技术。

现有分布式光纤传感技术一般采用单模光纤作为传感介质，可以对光纤沿线的被测场进行全分布式的温度、应变监测，并因具有测量距离长、空间分辨率高、响应时间快、抗电磁干扰等优势，被广泛应用于土木工程、石油化工、航空航天、电力工业以及核工业等领域。目前分布式光纤传感系统主要分为三种：基于瑞利散射的分布式光纤传感系统、基于拉曼散射的分布式光纤传感系统、基于布里渊散射的分布式光纤传感系统。其中基于瑞利散射的光时域反射技术主要用于光纤断点的检测，存在固有的弱散射现象，测量分辨率较低；基于拉曼散射的分布式光纤传感技术主要用于测量光纤某处温度的变化，仅对温度敏感；基于布里渊散射的分布式光纤传感技术主要有四种：布里渊光时域反射技术，布里渊光时域分析技术，布里渊光相关域分析技术，以及布里渊光相关域反射技术，存在空间分辨率和传感距离难以同时兼顾，测量精度易受功率波动以及光偏振态影响等问题。目前均难以应用于多相流动测试。

同时，在多相流参数检测时，很多场合及环境中需要采用多模光纤。而上述光纤传感系统一般只能使用单模光纤，因多模光纤模式色散大，多模干涉引起的噪声会导致较低的信噪比。且在采用某些传感方案时，往往需要严格控制光束的偏振态，以避免偏振衰落问题，因此通常需要使用价格较贵的保偏光纤。

基于此，有必要发明一种新的分布式测量系统，以解决现有两相及多相流参数的非侵入、高精度、长距离分布式测量以及流动分析难题。

发明内容

本发明为克服上述现有技术的缺点，提出了一种基于光载微波干涉的多相流参数分布式光纤测量系统，该系统能够实现对复杂流场的压力、温度等参量的非侵入、分布式测量。本发明是采用如下技术方案实现的：

一种基于光载微波干涉的多相流参数分布式光纤测量系统，其特征在于：包括宽带载波信号源1、光偏振器2、光偏振控制器3、宽带频率可调谐微波源4、电光调制器5、光放大器6、光环行器7、传输光纤8、分布式传感光纤9、光电探测器10、锁相放大器11、矢量微波探测器12、计算机13、测量管道14与多相流15，其中，分布式传感光纤9铺嵌于多相流管道内壁中。其中，