[发明专利]一种同时测量温度与应变的光频域反射系统

说明书

本发明公开了一种同时测量温度与应变的光频域反射系统，具体属于分布式光纤传感技术领域。通过可调谐激光器发出扫频光进入环形器，探测光从环形器一端出口经波分复用器进入待测光纤，产生拉曼散射光和后向瑞利散射光，完成温度和应变的测量；经波分复用器分别解复用出瑞利散射信号，斯托克斯和反斯托克斯信号进行分别解调，采用相关算法对后向瑞利散射光谱偏移量进行计算来实现温度和应变检测，采用拉曼双路分析脉冲响应方法进行温度补偿，从而解决了温度与应变之间的交叉敏感问题，实现了温度与应变的同时测量。

技术领域

本发明涉及分布式光纤传感技术领域，更具体地说，涉及一种同时测量温度与应变的光频域反射系统。

背景技术

近年来，光纤传感器在世界范围内引起了广泛的研究兴趣，光纤传感技术由于其测量距离长、抗电磁干扰、耐腐蚀等优点，广泛应用于地质沉降灾害区管线、桥梁等大型结构安全监测。由于它们的分布式能力，显示出比传统传感器更高的优势。在方法上，光时域反射计（OTDR）和光频域反射计（OFDR）已经找到了满足各种实际需要的方法。OFDR采用连续扫频光探测，具有空间分辨率高、动态范围大的特点，其相干探测方案的灵敏度高，可以获得毫米波段的空间分辨率。OFDR填补了OTDR在测量范围上的空白，在智能材料、结构健康监测等实际温度和应变监测应用中具有重要的应用价值。

但分布式光纤传感器对应变和温度都很敏感，通常使温度变化与应变变化无法区分，在监测应变或温度时会引入误差。因此在研究光频域反射仪（OFDR）的过程中，需要精确测量温度和应变这两个参数，解决交叉敏感问题，从而实现温度与应变的同时测量。

发明内容

本发明提供了一种同时测量温度与应变的光频域反射系统，通过检测瑞利散射光谱频移（光频域反射系统）与拉曼双路分析脉冲响应方法（拉曼光频域反射系统）来解决交叉敏感问题，由于拉曼光频域反射系统只对温度敏感，因而采用拉曼光频域反射系统对其进行温度补偿，简化了双参量传感矩阵的计算，能够有效的解决交叉敏感问题；并采用辅助干涉仪抑制了扫频光源的非线性，采用偏振分集接收系统消除偏振衰落的影响，从而实现高空间分辨率下温度与应变的同时测量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种同时测量温度与应变的光频域反射系统，包括：

可调谐激光器、第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、第三光纤耦合器、光纤环形器、波分复用器、待测光纤、第四光纤耦合器、偏振分束器、平衡光电探测器、雪崩二极管、延迟光纤、第五光纤耦合器、光电探测器、数据采集模块、第一信号处理装置、第二信号处理装置；

其中，可调谐激光器的输出端连接第一光纤耦合器的输入端A，第一光纤耦合器的输出端B连接第二光纤耦合器的输入端，第二光纤耦合器的输出端F连接光纤环形器的第一端口G；光纤环形器的第二端口H连接波分复用器的输入端口I，波分复用器的输出端口J连接待测光纤，光纤环形器的第三端口K连接第四光纤耦合器的输入端W；第四光纤耦合器的输出端连接偏振分束器的输入端L；偏振分束器的两个输出端分别连接平衡光电探测器的输入端M和输入端N，平衡光电探测器的输出端连接数据采集模块的输入端O；第三光纤耦合器的输出端S经延迟光纤连接第五光纤耦合器的输入端T，第三光纤耦合器的输出端U连接第五光纤耦合器的输入端V，第五光纤耦合器的输出端经光电探测器连接数据采集模块的输入端X；波分复用器的两个输出端口P和Q对应连接雪崩二极管的两个输入端，雪崩二极管的两个输出端对应连接数据采集模块的输入端R1和输入端R2；数据采集模块的输出Y端口连接第一信号处理装置，数据采集模块的输出Z端口连接第二信号处理装置。

其中，第二光纤耦合器的输出端D与第四光纤耦合器的输入端E连接的线路上设置第一偏振控制器；第三光纤耦合器的输出端U与第五光纤耦合器的输入端V连接的线路上设置第二偏振控制器。