基于寬譜光源的布里淵分布型光纖溫度傳感器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了光纖傳感【技術(shù)領(lǐng)域】的一種基于寬譜光源的布里淵分布型光纖溫度傳感器。其技術(shù)方案是，所述傳感器包括半導(dǎo)體激光器LD、脈沖發(fā)生器、可調(diào)增益放大器、光濾波器、環(huán)形器、傳感光纖、光電檢測器、功率分配器、強(qiáng)度測量單元、頻率計數(shù)器、信號提取單元、時鐘控制單元和信息輸出顯示單元。本實用新型的有益效果是，所提供的傳感器同時采用寬譜光源直接調(diào)制、瑞利和布里淵自外差檢測，降低了對光源線寬的要求，采用輸出功率大的光源，省去外調(diào)制單元，簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、降低系統(tǒng)成本和提高系統(tǒng)性能。
【專利說明】基于寬譜光源的布里淵分布型光纖溫度傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于光纖傳感【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基于寬譜光源的布里淵分布型光纖溫度傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]光纖布里淵溫度分布型測量技術(shù)是一種新型測量技術(shù)，具有只需一次測量即可獲取沿整個光纖被測場分布信息、測量精度高、定位準(zhǔn)確、傳感距離可達(dá)上百公里等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，在電力、石油、地質(zhì)、水利、建筑等行業(yè)大型工程結(jié)構(gòu)健康狀況在線監(jiān)測和故障點(diǎn)定位等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]基于光纖布里淵散射的分布型傳感技術(shù)在溫度測量上所達(dá)到的測量精度、測量范圍以及空間分辨率均高于其它傳感技術(shù)，因此這種技術(shù)引起了廣泛的關(guān)注。目前，基于光纖布里淵散射的分布型傳感技術(shù)的研究方向主要有:①基于布里淵光時域反射(BOTDR)的分布型光纖傳感技術(shù)；②基于布里淵光時域分析(BOTDA)的分布型光纖傳感技術(shù)基于布里淵光頻域分析(BOFDA)的分布型光纖傳感技術(shù)。
[0004]在上述三種傳感系統(tǒng)中，BOTDR傳感系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，只需一個光源，可單端測量，操作方便，支持?jǐn)帱c(diǎn)檢測，所以針對此項技術(shù)的研究最為廣泛。近年來，基于BOTDR的傳感技術(shù)在理論和實驗研究方面取得了重大突破，一些傳感方案已經(jīng)產(chǎn)品化，例如，日本Ando公司生產(chǎn)的AQ8603,日本Advantest公司生產(chǎn)的N8511,英國Sensornet公司生產(chǎn)的DTSS等。
[0005]綜合分析國內(nèi)外光纖布里淵溫度分布型傳感器，光源均采用窄線寬激光器，并通過外調(diào)制獲得所需光脈沖，系統(tǒng)過于復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對【背景技術(shù)】中提到的光源均采用窄線寬激光器且系統(tǒng)過于復(fù)雜的問題，本實用新型提出了一種基于寬譜光源的布里淵分布型光纖溫度傳感器。
[0007]—種基于寬譜光源的布里淵分布型光纖溫度傳感器，其特征在于，所述傳感器包括半導(dǎo)體激光器LD、脈沖發(fā)生器、可調(diào)增益放大器、光濾波器、環(huán)形器、傳感光纖、光電檢測器、功率分配器、強(qiáng)度測量單元、頻率計數(shù)器、信號提取單元、時鐘控制單元和信息輸出顯示單元；
[0008]其中，所述時鐘控制單元、脈沖發(fā)生器、半導(dǎo)體激光器LD、可調(diào)增益放大器、光濾波器、環(huán)形器、光電檢測器和功率分配器順次連接；
[0009]所述功率分配器分別與所述強(qiáng)度測量單元和頻率計數(shù)器連接；
[0010]所述信號提取單元分別與所述強(qiáng)度測量單元、頻率計數(shù)器、信息輸出顯示單元和時鐘控制單元連接；
[0011 ] 所述傳感光纖與所述環(huán)形器連接。
[0012]所述半導(dǎo)體激光器LD采用寬譜半導(dǎo)體激光器。
[0013]所述光濾波器的帶寬等于光源譜寬。[0014]本實用新型的有益效果是，所提供的傳感器同時采用寬譜光源直接調(diào)制、瑞利和布里淵自外差檢測，降低了對光源線寬的要求，采用輸出功率大的光源，省去外調(diào)制單元，簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、降低系統(tǒng)成本和提聞系統(tǒng)性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本實用新型提供的一種基于寬譜光源的布里淵分布型光纖溫度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2是本實用新型提供的一種基于寬譜光源的布里淵分布型光纖溫度傳感器的測量得到的強(qiáng)度、頻率和時間的三維曲線示意圖；
[0017]圖3是本實用新型提供的一種基于寬譜光源的布里淵分布型光纖溫度傳感器對光纖某點(diǎn)處多次測量數(shù)據(jù)進(jìn)行洛倫茲擬合而得到的洛倫茲曲線；
[0018]其中，101-寬譜LD ；102-脈沖發(fā)生器；103_可調(diào)增益光放大器；104_光濾波器；105-環(huán)形器；106_傳感光纖；107_光電檢測器；108_功率分配器；109_強(qiáng)度測量單兀；110-頻率計數(shù)器；111-時鐘控制單元；112_信號提取單元；113_信息輸出顯示單元。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖，對優(yōu)選實施例作詳細(xì)說明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本實用新型的范圍及其應(yīng)用。
[0020]圖1是本實用新型提供的一種基于寬譜光源的布里淵分布型光纖溫度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖1中，所述傳感器包括寬譜半導(dǎo)體激光器LD、脈沖發(fā)生器、可調(diào)增益放大器、光濾波器、環(huán)形器、傳感光纖、光電檢測器、功率分配器、強(qiáng)度測量單元、頻率計數(shù)器、信號提取單元、時鐘控制單元和信息輸出顯示單元。
[0021]其中，所述時鐘控制單元、脈沖發(fā)生器、寬譜半導(dǎo)體激光器LD、可調(diào)增益放大器、光濾波器、環(huán)形器、光電檢測器和功率分配器順次連接；所述時鐘控制單元用于產(chǎn)生時鐘信號；所述脈沖發(fā)生器用于產(chǎn)生脈沖信號；所述半導(dǎo)體激光器LD用于產(chǎn)生脈沖光；所述可調(diào)增益放大器用于對脈沖光進(jìn)行放大；所述光濾波器用于濾除噪聲信號；所述環(huán)形器用于實現(xiàn)光信號的單向傳輸；所述光電檢測器用于將接收到的光信號轉(zhuǎn)換成電信號；所述功率分配器用于對電信號進(jìn)行分配。
[0022]所述功率分配器分別與所述強(qiáng)度測量單元和頻率計數(shù)器連接；所述強(qiáng)度測量單元用于進(jìn)行信號強(qiáng)度的測量；所述頻率計數(shù)器用于測量信號的頻率。
[0023]所述信號提取單元分別與所述強(qiáng)度測量單元、頻率計數(shù)器、信息輸出顯示單元和時鐘控制單元連接；所述信號提取單元用于對接收到的信息進(jìn)行處理；所述信息輸出顯示單元用于將測量得到的結(jié)果進(jìn)行顯示。
[0024]所述傳感光纖與所述環(huán)形器連接。
[0025]為了實現(xiàn)分布型測量，需要向傳感光纖注入脈沖光，該系統(tǒng)通過直接調(diào)制的方式將激光調(diào)制成脈沖光。時鐘控制單元觸發(fā)脈沖發(fā)生器產(chǎn)生符合系統(tǒng)要求的脈沖信號，此脈沖信號通過普通LD的驅(qū)動電路調(diào)制LD的驅(qū)動電流使LD發(fā)出脈沖光，此時光功率較低，需要經(jīng)過可調(diào)增益光放大器進(jìn)行放大?？烧{(diào)增益光放大器放大后會給系統(tǒng)引入自發(fā)輻射噪聲，需要經(jīng)過帶寬等于光源譜寬的濾波器濾除該噪聲信號。去噪后的脈沖光通過環(huán)形器的I口注入到傳感光纖中。調(diào)節(jié)光放大器的增益，使入纖功率小于傳感光纖的受激布里淵散射閾值。光在光纖中傳輸，會產(chǎn)生瑞利散射和布里淵散射，發(fā)生在背向的瑞利散射和布里淵散射信號沿著光纖反向傳輸，到達(dá)環(huán)形器的2 口，散射光在環(huán)形器里單向傳輸通過環(huán)形器的3口輸出，輸出的背向散射光經(jīng)光電檢測器轉(zhuǎn)化為電信號，電信號通過功率分配器分成兩路，一路經(jīng)過強(qiáng)度測量單元進(jìn)行背向散射信號強(qiáng)度的測量，另外一路經(jīng)頻率計數(shù)器測量背向散射光頻率信息，從而完成布里淵散射信號強(qiáng)度和頻譜的三維測量。最后將兩路測量結(jié)果輸入到信號提取單元，完成信息處理和提取并通過信息輸出顯示單元進(jìn)行輸出和顯示，得到關(guān)于強(qiáng)度、頻率、時間的三維曲線，測量曲線示意圖通過圖2給出。沿光纖分布的每個點(diǎn)擬合出如圖3所示的洛倫茲曲線，洛倫茲曲線上最大點(diǎn)對應(yīng)的頻率值為布里淵頻移，從而可得到布里淵散射的頻移信息，實現(xiàn)對溫度的測量。
[0026]以上所述，僅為本實用新型較佳的【具體實施方式】，但本實用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本實用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實用新型的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于寬譜光源的布里淵分布型光纖溫度傳感器，其特征在于，所述傳感器包括半導(dǎo)體激光器LD、脈沖發(fā)生器、可調(diào)增益放大器、光濾波器、環(huán)形器、傳感光纖、光電檢測器、功率分配器、強(qiáng)度測量單元、頻率計數(shù)器、信號提取單元、時鐘控制單元和信息輸出顯示單元; 其中，所述時鐘控制單元、脈沖發(fā)生器、半導(dǎo)體激光器LD、可調(diào)增益放大器、光濾波器、環(huán)形器、光電檢測器和功率分配器順次連接； 所述功率分配器分別與所述強(qiáng)度測量單元和頻率計數(shù)器連接； 所述信號提取單元分別與所述強(qiáng)度測量單元、頻率計數(shù)器、信息輸出顯示單元和時鐘控制單元連接； 所述傳感光纖與所述環(huán)形器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于寬譜光源的布里淵分布型光纖溫度傳感器，其特征在于，所述半導(dǎo)體激光器LD采用寬譜半導(dǎo)體激光器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于寬譜光源的布里淵分布型光纖溫度傳感器，其特征在于，所述光濾波器的帶寬等于光源譜寬。
【文檔編號】G01K11/32GK203465033SQ201320558681
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年9月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月9日
【發(fā)明者】趙麗娟, 李永倩, 徐志鈕, 翟麗娜 申請人:華北電力大學(xué)（保定）