[发明专利]基于少模光纤模式复用的布里渊光时域反射仪

说明书

本发明公开了一种基于少模光纤模式复用的布里渊光时域反射仪，包括窄线宽激光器、第一光纤耦合器、光脉冲调制单元、掺铒光纤放大器、带通滤波器、第二光纤耦合器、三个光纤环形器、光纤模式复用器、少模传感光纤、微波扫频单元、光纤扰偏器、第三光纤耦合器、三个3dB光纤耦合器、三个平衡光电探测器和数字信号处理单元。这种光时域反射仪能实现多个参量的同时测量、能解决分布式光纤传感技术在工程应用中普遍存在的温度和应变交叉敏感的问题。

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，具体是一种基于少模光纤模式复用的布里渊光时域反射仪。

背景技术

光纤布里渊光时域反射仪BOTDR(Brillouin Optical Time DomainReflectometry，简称BOTDR)利用光纤中自发布里渊散射光的布里渊频移量与温度和应变之间的线性关系，可以实现对传感光纤沿线的温度或应变进行分布式的测量。BOTDR具有单端接入、温度或应变分布式传感的优点，在大型土木工程和大型基础设施的结构健康监测中有着广泛的应用前景，但是由于布里渊频移量对温度和应变都敏感，所有在实际工程应用中存在温度和应变交叉串扰问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，而提供一种基于少模光纤模式复用的布里渊光时域反射仪。这种光时域反射仪能实现多个参量的同时测量、能解决分布式光纤传感技术在工程应用中普遍存在的温度和应变交叉敏感的问题。

实现本发明目的的技术方案是：

一种基于少模光纤模式复用的布里渊光时域反射仪，包括互连的宽激光器和第一光纤耦合器，其中，

第一光纤耦合器的一个输出端连接依次连接的光脉冲调制单元、掺铒光纤放大器、带通滤波器、第二光纤耦合器，第二光纤耦合器的三个输出端分别连接第一光纤环形器、第二光纤环形器和第三光纤环形器，第一光纤环形器、第二光纤环形器和第三光纤环形器与光纤模式复用器即光子灯笼连接，光纤模式复用器与少模传感光纤连接；

第一光纤耦合器的另一个输出端连接依次连接的微波扫频单元、光纤扰偏器、第三光纤耦合器，第三光纤耦合器的三个输出端分别通过第一3dB光纤耦合器、第二3dB光纤耦合器、第三3dB光纤耦合器与第一平衡光电探测器、第二平衡光电探测器和第三平衡光电探测器连接，第一平衡光电探测器、第二平衡光电探测器和第三平衡光电探测器均接入数字信号处理单元，第一3dB光纤耦合器、第二3dB光纤耦合器、第三3dB光纤耦合器的一个输入端还分别与第一光纤环形器、第二光纤环形器和第三光纤环形器连接；

窄线宽激光器输出的激光经第一光纤耦合器分成第一路光和第二路光，第一路光经过微波扫频单元进行扫频调制后，再经光纤扰偏器进行扰偏以便减小光偏振态对测量结果的影响，扰偏后的第一路光称为本振光；第二路输入光脉冲调制单元调制成探测光脉冲，探测光脉冲经掺铒光纤放大器放大后再由相匹配的带通滤波器滤除ASE噪声，接着由第二光纤耦合器分成三路分别进入到第一光纤环形器、第二光纤环形器和第三光纤环形器，探测光脉冲从第一光纤环形器、第二光纤环形器和第三光纤环形器出射后经光纤模式复用器进入到少模传感光纤，探测光脉冲在少模传感光纤中产生的三种模式的后向自发布里渊散射光并随外部环境参数而变化，三种模式的后向自发布里渊散射光再经过光纤模式复用器和第一光纤环形器、第二光纤环形器和第三光纤环形器输出，与本振光分别在第一3dB光纤耦合器、第二3dB光纤耦合器、第三3dB光纤耦合器耦合后由第一平衡光电探测器、第二平衡光电探测器和第三平衡光电探测器探测，第一平衡光电探测器、第二平衡光电探测器和第三平衡光电探测器输出的三路电信号由数字信号处理单元进行信号采集、处理，利用三种模式的后向自发布里渊散射光对外界环境的不同响应特性实现外界多参量的同时测量，有效解决传统光纤布里渊光时域反射仪温度和应变交叉敏感问题。

所述少模传感光纤和光纤模式复用器均支持LP01、LP11a和LP11b三种导模的光波。