[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

说明书

本发明公开了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，包括激光器、耦合器、环形器、传感光纤、脉冲调制模块、外差探测模块以及数据采集卡。本发明还公开了一种温度和振动同时测量的融合型分布式光纤传感系统的实现方法，通过用耦合器将散射光和本振光都分成两个部分，实现相互独立地外差探测以及温度和振动信号的同时解调。本发明实现了长距离、分布式的动态和静态信息的同时获取，有效避免了工程应用上可能存在的误报和漏报。

技术领域

本发明属于分布式光纤传感领域，尤其涉及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。

背景技术

光纤传感技术发展于20世纪70年代，它是一种以光纤为介质、光为载体感知和传输外界信号的传感技术。当光波在光纤中传输时，外界环境因素的变化会引起传输光波各种特性的相应改变，通过监测光波参数的变化就可以获得光纤外界环境的信息，从而实现传感。在这其中，分布式光纤传感技术更是独树一帜，它充分发挥了光纤空间连续分布的特点，可实现长达上百公里的温度、应变、振动、声波的全分布式测量，具有不可替代的优势，近年来在石油、交通、结构、地质等领域的监测中发挥了重要的作用，得到了越来越多的关注。

基于光纤中不同的光散射机理和非线性效应，诞生了多种不同的分布式光纤传感技术，但无论是哪一种分布式光纤传感技术也仅仅只能对有限的参量实现测量。然而在实际监测中，外部事件往往是由温度、振动、应变等多种因素共同作用所造成的，若只采用单一参量对事件进行监测，只能够反映一种因素，常常会导致较高的误报率和漏报率，局限性很大，且多个参量之间往往还存在交叉敏感的问题。这不仅难以实现对潜在事故的报警，而且给工程应用推广带来困难。因此，对事件的不同因素进行综合感知和分析，可以实现更精确更有效的识别，从而在动态和静态两方面对被监测单元进行系统评估。

既有的融合型分布式光纤传感系统包括：布里渊光时域反射仪(BOTDR)与拉曼光时域反射仪(ROTDR)的融合系统^[1]，主要由南安普敦大学M.N.Alahbabi课题组提出，实现了温度和应变的同时测量；相位敏感型光时域反射仪(Φ-OTDR)与偏振型光时域反射仪(POTDR)的融合系统^[2]，主要由电子科技大学饶云江课题组提出，实现了对偏振和相位信息的同时获取；以及POTDR与BOTDR的融合系统^[3]，主要由南京大学张旭苹课题组提出，实现了应变和振动的同时测量。然而，不同的分布式光纤传感系统往往基于不同的光散射机理，其传感原理有别且存在系统结构不同的问题。如何把多种独立的系统正确融合在一起以期实现多个参量的测量，在尽可能复用更多器件的情况下避免单独系统相互之间的干扰，从而在保障融合系统性能的同时降低成本，这是目前亟需得到解决的难题。

发明内容

发明目的：为了解决上述背景技术提出的技术问题，本发明提出了一种可实现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。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种可实现温度和振动同时测量的融合型分布式光纤传感系统，包括激光器、耦合器、环形器、传感光纤、脉冲调制模块、外差探测模块以及数据采集卡，如图1所示。其中，所述激光器产生连续模式超窄线宽激光，所述激光器经过耦合器分成两路，其中一路输出至脉冲调制模块，另外一路作为本振光输出至外差探测模块。

所述脉冲调制模块将输入的连续激光调制成为探测脉冲光，经由所述的环形器进入传感光纤，所述传感光纤沿线产生背向瑞利散射光和背向布里渊散射光，再经由环形器第二端口输入并从第三端口输出至外差探测模块。

进一步地，所述外差探测模块同时接收本振光和背向瑞利散射和布里渊散射光，经过混频产生相干信号，由所述数据采集卡接收。

一种实现温度和振动同时测量的方法，示意图如图2所示，包括以下步骤：

步骤一、对于前述的外差探测模块，通过第一耦合器将本振光分为两个部分，分别输出至第三耦合器和第四耦合器；