[发明专利]动静态联合测量分布式光纤传感系统

权利要求书

1.一种动静态联合测量分布式光纤传感系统，其特征在于，包括：激光器、分光模块、光调制模块、声光调制器、扰偏器、掺铒光纤放大器、光纤环形器、相干接收模块、信号采集和处理模块，其中：分光模块将激光器产生的激光分为两路，一路作为BOTDA的泵浦光依次经光调制模块、光纤环形器、声光调制器、扰偏器、分光模块和掺铒光纤放大器，进入待测光纤；另一路作为的光源经分光模块分为两路，一路经过声光调制器形成的探测脉冲经分光模块和掺铒光纤放大器进入待测光纤，其瑞利散射光与BOTDA的泵浦光发生受激布里渊作用；另一路作为本地光与经光纤环形器的探测脉冲的背向瑞利散射光进入相干接收模块发生干涉并得到电流信号，该信号由信号采集和处理模块进行数据处理。

2.根据权利要求1所述的动静态联合测量分布式光纤传感系统，其特征是，所述的分光模块为光纤耦合器，其分光比为50/50。

3.根据权利要求1所述的动静态联合测量分布式光纤传感系统，其特征是，所述的光调制模块包括：射频信号发生器、光调制器、DFB激光器和偏振控制器，其中：射频信号发生器与光调制器相连，DFB激光器与偏振控制器相连，光调控制器的一端与分光模块相连，其另一端通过光纤环形器与偏振控制器连接。

4.根据权利要求1所述的动静态联合测量分布式光纤传感系统，其特征是，所述的相干接收模块为偏振分集光电探测器。

5.根据权利要求1所述的动静态联合测量分布式光纤传感系统，其特征是，所述的信号采集和处理模块包括：相互连接的数据采集卡和数据处理器。

6.根据权利要求1所述的动静态联合测量分布式光纤传感系统，其特征是，所述的布里渊的增益因子随泵浦频率变化的关系为：其中：g₀为峰值增益因子；Γ_B为布里渊增益带宽；Ω为泵浦光和探测光的频率差；Ω_B为光纤的布里渊频移。

7.根据权利要求1所述的动静态联合测量分布式光纤传感系统，其特征是，所述的待测光纤的位置为：L＝c'·2t，其中：c’为待测光纤中的光速，t为待测光纤中相应位置的探测光到达偏振分集光电探测器的时间。

8.根据权利要求1所述的动静态联合测量分布式光纤传感系统，其特征是，所述的本地光与探测光干涉后的结果为：P∝E_LE_P|a(z)|sin(Δωt+φ(z))，其中：E_L为本地光的振幅；E_P为探测光的振幅；Δω为探测光和本地光的频率差；当本地光的初始相位为零，则φ(z)为探测光的相位。

9.根据权利要求1所述的动静态联合测量分布式光纤传感系统，其特征是，所述的待测光纤应变引起的探测光的相移为：其中：n为待测光纤的折射率，ε为待测光纤的应变，p₁₂和p₁₁为弹光系数，v为杨氏模量常数，L为待测光纤应变段的长度。

10.根据上述任一权利要求所述系统的动静态联合测量传感方法，其特征在于，通过在每一个分布式测量周期输入一组由的探测脉冲和BOTDA的泵浦脉冲组成的脉冲对，探测脉冲先于泵浦脉冲输入传感光纤，探测脉冲产生的瑞利散射光被紧随其后的泵浦更准确地进行布里渊放大，探测脉冲产生的瑞利散射光相干接收，在数据处理前对接收到信号进行滤波，再通过希尔伯特变换提取信号的强度和相位，对光纤上每一点的强度进行归一化并平均，即可得到光纤上每一点的信号增益随泵浦光频率变化的增益变化，对增益谱进行洛伦兹拟合以更准确的提取布里渊频移；通过对相位进行时间和空间上的差分，将每一个传感周期得到的信号的相位与第一次的相减，最终可以解调出振动信息；

所述的测量周期的长度应大于等于光在整段传感光纤上传播一个来回的时间。