[发明专利]实时动态分布式布里渊光纤传感装置及方法

摘要

实时动态分布式布里渊光纤传感装置及方法，属于光学领域，本发明为解决现有动态分布式布里渊光纤传感系统无法实时监测的问题。本发明激光器输出的光束经耦合器均分成两束激光；上路激光由任意函数发生器AFG3252输出方波脉冲调制信号调制，并放大后作为泵浦光，通过光纤环形器进入待测光纤；下路激光由X波段上变频模块进行上下边频调制，上下边频调制后的光束经光纤布拉格光栅FBG滤出下边频作为探测光，并从另一方向进入待测光纤中；在待测光纤中，满足布里渊放大条件的探测光与泵浦光发生布里渊放大过程；根据返回光电探测器的时间确定SBS作用在待测光纤中的位置，同时求解不同位置的温度或应变；实现实时动态布式布里渊光纤传感。

主权项

实时动态分布式布里渊光纤传感装置，其特征在于，它包括激光器(1)、耦合器(2)、偏振控制器PC1、偏振控制器PC2、任意函数发生器AFG3252、电光调制器EOM1、电光调制器EOM2、任意波形发生器AWG、环形器(3)、X波段上变频模块(4)、掺饵光纤放大器EDFA、光纤布拉格光栅FBG、光隔离器OI、光电探测器(5)、采集卡(6)和待测光纤(7)；激光器(1)输出的光束经耦合器(2)均分成两束激光；上路激光经过偏振控制器PC1调节进入电光调制器EOM1的偏振态，使入射电光调制器EOM1的偏振态与晶体偏振态相同，任意函数发生器AFG3252输出方波脉冲调制信号控制电光调制器EOM1将上路激光调节为脉冲序列光，通过掺饵光纤放大器EDFA将脉冲序列光放大作为泵浦光，通过光纤环形器(3)进入待测光纤(7)；下路激光经过偏振控制器PC2调节进入电光调制器EOM2的偏振态，使入射电光调制器EOM2的偏振态与晶体偏振态相同，任意波形发生器AWG输出几百兆赫兹的微波信号经X波段上变频模块(4)调制输出光纤布里渊中心频率附近的调制信号，电光调制器EOM2在X波段上变频模块(4)输出的调制信号控制下对激光进行上下边频调制，上下边频调制后的光束经光纤布拉格光栅FBG滤出下边频作为探测光，光隔离器OI确保该探测光通过防止高功率泵浦光反向通过，并从另一方向进入待测光纤(7)中；任意波形发生器AWG输出N个频率，其中Fmax为光纤最大应变对应的布里渊频率与无应变时光纤布里渊频率差；F1为扫描频率间隔，扫描频率间隔F1选择在布里渊增益谱线宽b附近，布里渊增益谱线宽b通过事先测量确定；在待测光纤(7)中，满足布里渊放大条件的探测光与泵浦光发生布里渊放大过程；经布里渊放大的探测光进入环形器(3)的2端口，并从环形器(3)的3端口输出经光电探测器(5)探测后进行数据采集与数据分析；任意波形发生器AWG同步触发任意函数发生器AFG3252向电光调制器EOM1提供方形脉冲调制信号；任意波形发生器AWG同步触发采集卡(6)进行数据采集；根据返回光电探测器(5)的时间确定SBS作用在待测光纤(7)中的位置，同时测得的布里渊中心频率υB与温度T或应变ε的线性关系υB＝υB0+CTT或υB＝υB0+Csε求解不同位置的温度或应变情况；在下一次采集之前完成本次数据处理并将结果输出，实现实时动态布式布里渊光纤传感；式中υB0为待测光纤自由状态的布里渊频移，CT是温度系数，Cs是应变系数；布里渊中心频率υB的获取过程：通过事先的静态测量可以确定布里渊增益谱的谱型函数：Ii=F(fi,υB,a,b)=a·exp(-(fi-υB)2b2)]]>其中：Ii为第i个探测光对应的布里渊信号强度；fi为第i个探测光的频率；a为布里渊放大增益幅值；b为增益线宽；光电探测器(5)接收到的N组数据，取出布里渊放大增益最高的两组数据带入布里渊增益谱的谱型函数中，建立联立方程求解出布里渊中心频率υB。