[发明专利]一种基于瑞利与布里渊散射融合的分布式光纤传感系统

说明书

本发明涉及分布式光纤传感技术领域，具体涉及一种基于瑞利与布里渊散射融合的分布式光纤传感系统，包括：光源，用于产生并输出探测光信号和本振光信号；光源包括光纤光锥，光纤光锥由若干根数的光纤熔融拉制而成；调制单元，用于接收探测光信号调制生成脉冲光；相干检测单元，用于将本振光信号和背向反射信号进行混频，得到光外差电信号；瑞利解调单元，用于根据瑞利散射信号解调得到光纤沿线的反射、衰减及振动信息；布里渊解调单元，用于根据布里渊散射信号解调得到待测光纤的应力和温度信息。本发明在光源中设计光纤光锥，能够有效地提高光源的输出功率密度。

技术领域

本发明涉及分布式光纤传感技术领域，具体涉及一种基于瑞利与布里渊散射融合的分布式光纤传感系统。

背景技术

就当前的光纤传感技术而言，主要分为点式传感和分布式传感，前者仅适用于监测有限个数的关键位置，当需要监测的位置增加时，所需传感单元的数量、成本和技术难度将明显增加；后者将光纤沿线中的每一点均视为一个传感单元，而每一点的大小(也即空间分辨率)由输入的探测光信号决定，可在相对较低的成本条件下极大提升光纤沿线传感单元的数量。目前在分布式光纤传感领域，光时域反射技术、光时域分析技术、光频域分析技术是常用技术，但每种技术对应的光纤传感参量较少，难以对多种环境参量进行监测。

对此，中国专利CN111486881A公开了一种分布式光纤多参量传感装置，包括：光路单元，用于产生并输出探测光信号和本振光信号；调制单元，用于接收探测光信号调制生成脉冲光，将脉冲光输出至待测光纤中；相干检测单元，用于接收本振光信号及待测光纤根据瑞利散射及布里渊散射效应生成的背向反射信号，将本振光信号和背向反射信号进行混频，得到光外差电信号；瑞利解调单元，用于接收光外差电信号滤波得到瑞利散射信号，根据瑞利散射信号解调得到光纤沿线的反射、衰减及振动信息；布里渊解调单元，用于接收光外差电信号滤波得到布里渊散射信号，根据布里渊散射信号解调得到待测光纤的应力和温度信息。

在上述技术方案中，能够同时实现包括光纤反射、衰减、振动、温度及应力等物理量在内的多参量融合传感，但是这必须保证光源的功率大、亮度高且光束质量好。为了提高光源的功率，普遍采用非相干光束合成技术，比如说采用光纤束对二极管激光器阵列进行合束，当耦合的二极管激光器个数较多时，虽然可以提高光源的功率，但由于光纤的数量也较多，使得输出光斑的面积较大，从而使得功率密度降低。

发明内容

本发明提供一种基于瑞利与布里渊散射融合的分布式光纤传感系统，解决了现有的光纤传感系统由于光源的输出功率密度低而难以同时实现多参量融合传感的技术问题。

本发明提供的基础方案为：一种基于瑞利与布里渊散射融合的分布式光纤传感系统，包括：

光源，用于产生并输出探测光信号和本振光信号；光源包括光纤光锥，光纤光锥由若干根数的光纤熔融拉制而成；光纤光锥包括大端和小端，大端带有散尾纤，散尾纤的每根光纤通过连接器连接有带有准直透镜组合的激光器；

调制单元，用于接收探测光信号调制生成脉冲光，将脉冲光输出至待测光纤中；

相干检测单元，用于接收本振光信号及待测光纤根据瑞利散射及布里渊散射效应生成的背向反射信号，将本振光信号和背向反射信号进行混频，得到光外差电信号；

瑞利解调单元，用于接收光外差电信号滤波得到瑞利散射信号，根据瑞利散射信号解调得到光纤沿线的反射、衰减及振动信息；

布里渊解调单元，用于接收光外差电信号滤波得到布里渊散射信号，根据布里渊散射信号解调得到待测光纤的应力和温度信息。