[发明专利]动静态联合测量分布式光纤传感系统

说明书

一种动静态联合测量分布式光纤传感系统，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；另一路作为的光源分为两路，一路形成的探测脉冲进入待测光纤，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。本发明测量方便，能实现动态应变和静态应变的同时测量，系统复杂度降低，从而系统成本降低。

技术领域

本发明涉及的是一种光纤领域的技术，具体是一种动静态联合测量分布式光纤传感系统。

背景技术

对应变或温度的分布式传感在能源、建筑、航空航天、安防、军事等诸多领域中都有着重要的作用。目前，市面上存在的分布式光纤传感系统只能实现对静态变量，如：形变、温度的单一测量或是对动态变量，如：入侵破坏、车辆经过产生的振动的单一测量，这造成了动静态变量同时测量的应用需求成本提高。随着光纤传感技术的发展，近年有相应的动静态联合测量系统的提出，但其系统复杂，器件需求多，成本高，无法实现动静态变量的同时测量。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种动静态联合测量分布式光纤传感系统，具体是基于布里渊光时域分析技术(BOTDA)和相位敏感的光时域反射技术(-OTDR)的动静态联合测量分布式光纤传感系统，利用单端BOTDA技术测量静态变量，用-OTDR技术测量动态变量，用-OTDR的探测脉冲的背向瑞利散射光作为单端BOTDA的探测光，实现待测光纤的静态变量和动态变量同时测量。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种动静态联合测量分布式光纤传感系统，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-OTDR的光源经分光模块分为两路，一路经过声光调制器形成-OTDR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-OTDR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。

所述的分光模块为光纤耦合器，其分光比为50/50。

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。

所述的相干接收模块为偏振分集光电探测器。

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。

本发明涉及一种基于上述系统的系统的动静态联合测量传感方法，通过在每一个分布式测量周期输入一组由-OTDR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。

技术效果