[发明专利]一种温度和振动同时测量的融合型分布式光纤传感系统及方法有效

专利信息
申请号: 202011367969.4 申请日: 2020-11-27
公开(公告)号: CN112697180B 公开(公告)日: 2022-03-18
发明(设计)人: 王峰;周霄;李时宜;袁新宇;张旭萍;张益昕 申请(专利权)人: 南京大学
主分类号: G01D5/353 分类号: G01D5/353
代理公司: 南京经纬专利商标代理有限公司 32200 代理人: 罗运红
地址: 210093 江*** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 一种 温度 振动 同时 测量 融合 分布式 光纤 传感 系统 方法
【权利要求书】:

1.一种实现温度和振动同时测量的方法,其特征在于,该方法包括如下步骤:

步骤一、激光经过第一耦合器分成两路:一路作为初始探测光输出至电光调制器,一路作为初始本振光输出至第二耦合器;

步骤二、通过设置外部调制信号驱动,电光调制器把激光调制后由光纤放大器实现功率放大,放大后通过环形器的第一端口进入传感光纤,并产生背向散射光返回至环形器的第二端口;

步骤三、第一耦合器输出的初始本振光经过第二耦合器分成两路:一路作为参与背向布里渊散射外差探测的本振光输出至扰偏器,一路作为参与背向瑞利散射外差探测的本振光输出至声光调制器;

步骤四、扰偏器将输入的该路本振光偏振态打乱,降低了偏振相关噪声对温度测量的影响,并输出至第四耦合器的50%一路;

步骤六、声光调制器给输入的该路本振光引入了预设的频移,并输出至第五耦合器的50%一路;

步骤七、环形器第三端口输出的背向散射光经过第三耦合器分成两路:一路与扰偏器输出的本振光在第四耦合器中发生混频,产生的相干布里渊散射光被第一探测器所接收,转换为电信号;一路与声光调制器输出的本振光在第五耦合器中发生混频,产生的相干瑞利散射光被第二探测器所接收,转换为电信号;

步骤七、调节微波源产生微波信号,与第一探测器输出的布里渊散射电信号共同进入混频器中发生混频,产生中频信号,继而由低噪放大器实现功率放大,再通过带通滤波器进行滤波后输出至数据采集卡中,得到布里渊散射信号对应的原始数据;

步骤八、第二探测器输出的相干拉曼散射信号同样送入上述数据采集卡中,得到拉曼散射信号对应的原始数据;

步骤九、对步骤七中得到的原始数据进行累加并求平均,继而使用洛伦兹拟合算法得到光纤沿线对应各个位置的布里渊频移,再根据布里渊频移的变化量计算出外界温度的变化量;

步骤十、对步骤八中得到的原始数据进行IQ解调,得到初始的相位信号,再通过相位展开算法对初始的相位信号进行相位解缠绕,得到光纤各个位置的相位展开信号;再对该相位展开信号进行傅里叶变换,得到各个位置振动的幅度和频率信息。

2.根据权利要求1所述的一种实现温度和振动同时测量的方法,其特征在于,步骤九中的外界稳定的变化量计算方法如下:

△νb=νBB0=CT*△T

其中,△νb是布里渊频移的变化量,νB和νB0分别是光纤沿线的外部温度变化前后的布里渊频移,CT是温度-频移系数,△T是温度的变化量。

3.根据权利要求1或2所述的一种实现温度和振动同时测量的方法,其特征在于,所述第一耦合器的耦合比为90:10,90%作为布里渊外差探测的本振光输出第三耦合器,10%作为瑞利外差探测的本振光输出至第四耦合器。

4.根据权利要求1或2所述的一种实现温度和振动同时测量的方法,其特征在于,所述第二耦合器的耦合比采用90:10,90%作为布里渊外差探测的散射光输出第三耦合器,10%作为瑞利外差探测的散射光输出至第四耦合器。

5.根据权利要求1或2所述的一种实现温度和振动同时测量的方法,其特征在于,第三耦合器和第四耦合器的耦合比均为50:50。

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