专利名称：布里渊光时域分析和马赫曾德尔干涉共同检测的传感装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及布里渊、马赫曾德尔分布式光纤传感器，属于光纤传感技术领域。
背景技术：
分布式光纤传感器由于其抗电磁干扰、耐腐蚀及电绝缘性等优点，可对被测物体进行一维无盲点的在线监测，有着广泛的应用前景。利用布里渊散射可以对温度(或变)进行长距尚传感，利用马赫曾德尔干涉可以对振动进行长距尚传感。例如专利101162158A公开了一种布里渊与拉曼散射相结合的分布式传感技术测量温度和应变，专利100588912C公开了一种光纤马赫曾德尔与迈克尔逊干涉相结合组合阵列干涉仪测量振动，专利101324443B公开了一种利用空分复用的马赫曾德尔级联式光纤干涉仪测量振动。而在现实环境中，一些应用场合需要对振动和温度(或应变)进行共同检测，如何实现这两种传感器的有机结合，即两传感器共用光源、传感光纤等光器件和电子处理器来实现双机理传感，是一个较难解决的技术难点。布里渊散射和马赫曾德尔干涉用到的都是窄带光源，并且布里渊光时域分析(BOTDA)技术需要双端检测，而马赫曾德尔干涉传感技术也需要双端检测，因此在此基础上可将两者有机结合。
发明内容
本发明的目的是提供一种布里渊光时域分析和马赫曾德尔干涉共同检测的分布式光纤传感装置。一种布里渊光时域分析和马赫曾德尔干涉共同检测的分布式光纤传感装置，其特征是窄带光源、四个光耦合器、光放大器、光开关、两个光偏振控制器、两个光调制器、两个光电检测器、电子处理器。窄带光源发出光经光耦合器分为两路，一路输出与光调制器的输入端相连，光调制器的输出端与光放大器的输入端相连，光放大器的输出端与光偏振控制器的输入端相连，光偏振控制器的输出端与光稱合器的a端相连,光稱合器的c端与光纤的一端相连，光稱合器的d端与光开关的一端相连,光开关的另一端与光纤的一端相连,而光纤的另一端分别于光稱合器的a、b端相连,而光稱合器的c端与光纤一端相连,光纤另一端则与光稱合器的c端相连,光稱合器的a端与光电检测器的输入端相连,光稱合器的b端与光电检测器的输入端相连；光稱合器的另一路输出与光调制器的输入端相连，光调制器的输出端与光偏振控制器的输入端相连，光偏振控制器的输出端与光I禹合器的b端相连,光电检测器的输出端分别与电子处理器的输入端相连。电子处理器对光调制器进行控制。所述的光调制器(3)可以为电光调制器或声光调制器，受电子处理器控制，在装置进行布里渊信号检测时进行光脉冲调制，使脉冲光进入传感光纤；而在进行马赫曾德尔干涉传感时，光调制器不进行光幅度调制。所述的光调制器(13)为射频电光调制器，受电子处理器控制，在装置进行布里渊信号检测时进行调制，使入射光产生频移后进入传感光纤；而在进行马赫曾德尔干涉传感时，调制器进行预调制或不进行光调制。所述的光开关(17)受电子处理器控制，在装置进行布里渊信号检测时断开，在进行马赫曾德尔干涉传感时则闭合。利用光纤布里渊散射测量温度、应变原理在光纤中，布里渊散射光的频移与光纤中的有效折射率和超声声速有关，外界温度和应力的变化都能使有效折射率和超声声速产生变化，从而改变布里渊频移。所以只要检测布里渊散射光的频移就能得到温度或应力在光纤上的分布。布里渊频移的数学表达式为
νΒ = 2ηνα Λ(I)
&为布利渊频移;为光纤纤芯折射率；G为声速；』为泵浦光的波长。当泵浦光的波长Λ =1. 55um时，布里渊频移约为IIGHz。布里渊频移与外界温度、应变呈线性关系
Δ G = C7wTAT + CtfAer⑵
其中匕为布里渊频移变化量;Α ε为应变的变化量;Α Γ为温度变化量为布里渊频移温度系数为布里渊频移应变系数测量可得，在外界温度或应变不变时，根据布里渊频移可测得外界应变或温度的变化。布里渊分布式光纤传感主要有光时域反射(BOTDR)和光时域分析(BOTDA)两种机理，这里采用光时域分析方式。信号光从光源进入光耦合器(2)后分为两路，一路为激励光，经光调制器(3)进行光脉冲调制后进入传感光纤(7)始端；另一路为探测光，经光调制器(13)进行调制产生约IlGHz左右的频移，进入传感光纤(10)末端。光电检测器(15)检测的是探测光，其信号反映在一定频移下传感光纤各处的受激布里渊散射大小。当激励光与探测光的频差与光纤中某区域的布里渊频移相等时，在该区域就会产生布里渊放大效应，两光束相互之间发生能量转移。由于布里渊频移与温度、应变存在线性关系，因此，对激光器的频率进行连续调节的同时，通过检测从光纤一端耦合出来的连续光的功率，就可确定光纤各段区域上能量转移达到最大时所对应的频率差，从而得到温度、应变信息，实现分布式测量。马赫曾德尔干涉的基本结构为光源经光耦合器(2)分为两路信号光，一路信号光经经光耦合器(6)分为两路，分别注入参考臂(9)和信号臂(7)，再经光耦合器(8)进入返回光纤(10)，由光电检测器(16)检测干涉信号，为正向光；另一路信号光经光耦合器(12)进入返回光纤(10)，再经光耦合器(8)进入传感光纤(包括参考臂、信号臂)，由光电检测器
(15)检测干涉信号，为反向光。正反两路光，形成环路。 信号光在光纤的信号臂和参考臂中传输，信号臂用来感受外界振动，参考臂用来传干涉仪的另一路光。当有振动或者压力信号作用于光纤信号臂时，会引起信号臂光纤的几何尺寸和折射率等参数发生变化，导致在其中传输的光波相位产生变化。同时，参考臂中传输的光波相位不发生类似变化，因此信号臂和参考臂内传输的两束光之间产生相位差，在汇合时将发生干涉，干涉光强的变化由光电探测器转化为电信号表现。
根据光的干涉理论，两路光在任意点发生干涉时，该点光强为
权利要求
1.一种布里渊光时域分析和马赫曾德尔干涉共同检测的分布式光纤传感装置，其特征是窄带光源(I)、四个光耦合器(2)、(6)、(8)、(12)、光放大器(4)、光开关(17)、两个光偏振控制器(5)、(14)、两个光调制器(3)、(13)、两个光电检测器(15)、(16)、电子处理器(11)，窄带光源(I)发出光经光耦合器(2)分为两路，一路输出与光调制器(3)的输入端相连，光调制器(3)的输出端与光放大器(4)的输入端相连,光放大器(4)的输出端与光偏振控制器(5)的输入端相连，光偏振控制器(5)的输出端与光I禹合器(6)的a端相连,光f禹合器(6)的c端与光纤(7)的一端相连,光I禹合器(6)的d端与光开关(17)的一端相连,光开关(17)的另一端与光纤(9)的一端相连，而光纤(7)、(9)的另一端分别于光耦合器(8)的a、b端相连,而光稱合器(8)的c端与光纤(10) —端相连,光纤(10)另一端则与光稱合器(12)的c端相连,光f禹合器(12)的a端与光电检测器(16)的输入端相连,光I禹合器(6)的b端与光电检测器(15)的输入端相连；光I禹合器(2)的另一路输出与调制器(13)的输入端相连，光调制器(13)的输出端与光偏振控制器(14)的输入端相连,光偏振控制器(14)的输出端与光I禹合器(12)的b端相连,光电检测器(15)、(16)的输出端分别与电子处理器 (11)的输入端相连；电子处理器(11)对光调制器(13)和光调制器(3)进行控制。
2.根据权利要求I所示的一种布里渊光时域分析和马赫曾德尔干涉共同检测的分布式光纤传感装置，其特征是通过电子处理器(11)控制调制器(3) ,(13)光开关(17)，使装置分别适应布里渊散射和马赫曾德尔干涉的测量。
3.根据权利要求I所示的一种布里渊光时域分析和马赫曾德尔干涉共同检测的分布式光纤传感装置，其特征是通过光耦合器出)、(8)、(12)使布里渊散射和马赫曾德尔干涉共用光纤(7)、(10)。
全文摘要
本发明公布了一种布里渊光时域分析和马赫曾德尔干涉共同检测的分布式光纤传感装置，能实现振动和温度(或应变)的同时测量。装置包括窄带光源、四个光耦合器、光放大器、光开关、两个光偏振控制器、两个光调制器、两个光电检测器、电子处理器。该传感装置通过共用光源、共用传感光纤将布里渊分布式光纤传感器和马赫曾德尔光纤传感结合在一起。利用布里渊传感测量温度(或应力)，利用马赫曾德尔传感测量振动，实现装置的多参量测量，从而提高了光纤传感装置的性价比，拓宽了其应用场合。
文档编号G01L1/24GK102636217SQ201210004480
公开日2012年8月15日 申请日期2012年1月9日 优先权日2012年1月9日
发明者宋牟平 申请人:宋牟平