[发明专利]基于二级布里渊散射的高灵敏传感装置及方法

说明书

本发明属于分布式光纤传感技术领域，公开了一种基于二级布里渊散射的高灵敏传感装置及方法，方法包括以下步骤：将同一激光器输出的窄线宽激光信号分为两路；一路光信号作为参考光信号，第二路光信号作为传感光；使参考光进入参考光纤并发生自发布里渊散射，将产生的布里渊后向散射参考光重新反向输入参考光纤中使其再次发生布里渊散射并输出二级布里渊后向散射参考光；另一路作为传感光，将传感光调制成为脉冲光后，进入传感光纤，将产生的布里渊后向散射传感光通过第二调制器重新进行脉冲调制后再次反向输入传感光纤并输出二级布里渊后向散射传感光；采集并分析拍频信号，解调传感光纤中的温度/应变信息。本发明可有效提高系统的测量精度。

技术领域

本发明属于分布式光纤传感系统技术领域，具体涉及一种基于二级布里渊散射的高灵敏传感装置及方法。

背景技术

与传统的传感系统相比分布式光纤传感具有重量轻，耐腐蚀，抗电磁干扰等优势，光纤本身既作为传感器，又作为信号的传输媒介可以实现连续性、长距离的传感。由光纤组成的传感网可以实现大面积的传感测量。在输油管道以及大型建筑的结构健康监测方面应用具有显著优势。基于布里渊散射的分布式光纤传感技术，利用布里渊频移与温度、应变的线性关系，可以实现高精度的温度，应变测量。目前利用布里渊散射的光纤传感系统有布里渊光时域反射技术（BOTDR），布里渊光时域分析技术（BOTDA），布里渊光频域分析（BOFDA），布里渊光相关域分析（BOCDA）。

布里渊光时域反射技术在提高布里渊频移量的测量精度方面，研究人员提出了提出了基于光源线宽优化的扫频式 BOTDR（FS-BOTDR）测量精度改善方法。研究发现，在一定范围内，FS-BOTDR测量精度随光源线宽变窄而提升，参见：白清.BOTDR系统性能提升关键技术研究[D].山西:太原理工大学,2019.一；但线宽过窄时会加剧相干瑞利噪声，使得布里渊频移（BFS）测量精度下降。此外，有人发现，通过对比不同线宽下的BFS精度可以确定最优线宽。还有人在布里渊光时域分析技术中采用差分脉宽对法（Xiaoyi Bao and Liang Chen.Recent Progress in Brillouin Scattering Based Fiber Sensors [J]. Sensors,2011, 11: 4152-4187）在2km的传感距离上实现了2cm的空间分辨率和2℃的温度分辨率，以及通过利用受激布里渊散射过程中的增益和损耗效应级联（金重九.布里渊高精度分布式光纤传感系统优化与实现[D].上海:上海交通大学,2013.），在布里渊光相关域分析中，提高布里渊净增益。

现有的布里渊传感技术全都是基于一级布里渊散射的传感装置，由于一级布里渊散射本身存在的特性，上述方法虽然能提高利用布里渊频移量进行测量的测量精度，但受限于一级布里渊散射信号的灵敏度，测量精度难以达到更高的要求。

发明内容

本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种基于二级布里渊散射的高灵敏传感装置，用于提高布里渊频移量的测量精度，进而提高整个系统的性能。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于二级布里渊散射的高灵敏传感方法，包括以下步骤：

S1、将同一激光器输出的窄线宽激光信号分为两路；

S2、其中一路光信号作为参考光信号，第二路光信号作为传感光；使参考光进入参考光纤并在参考光纤中发生自发布里渊散射，将产生的布里渊后向散射参考光重新反向输入参考光纤中使其再次发生布里渊散射，将产生的二级布里渊后向散射参考光输出；另一路信号作为传感光，通过第一调制器传感光调制成为脉冲光后，使脉冲传感光进入传感光纤并在传感光纤中发生自发布里渊散射，将产生的布里渊后向散射传感光通过第二调制器重新进行脉冲调制后再次反向输入传感光纤中使其再次发生布里渊散射，将产生的二级自发布里渊后向散射传感光输出；

S3、将步骤S2输出的二级布里渊后向散射参考光和二级自发布里渊后向散射传感光进行拍频，采集并分析拍频信号，解调传感光纤中的温度/应变信息。