一種基于布里淵散射雙峰激勵(lì)式監(jiān)測儀的制作方法
【專利摘要】一種基于布里淵散射雙峰激勵(lì)式監(jiān)測儀，在每一個(gè)周期內(nèi)連續(xù)向傳感光纖發(fā)送兩個(gè)正弦正半周脈沖光，由單個(gè)聲波產(chǎn)生的布里淵散射光會(huì)發(fā)生干涉，耦合器接收到的背向布里淵散射光是相互干涉的結(jié)果，再由本地振蕩器發(fā)生振蕩，測量頻率分辨率和空間分辨率同時(shí)提高，解決了兩者之間的矛盾。采用碳纖維對單模光纖封裝，碳纖維間隙用環(huán)氧樹脂浸潤，形成單模光纖外涂敷層。本實(shí)用新型的有益效果是：提高布里淵頻譜的強(qiáng)度，精確地得到布里淵頻移，提高系統(tǒng)的空間分辨率和測量精度。碳纖維質(zhì)量輕同時(shí)還具有高強(qiáng)度、耐腐蝕、高溫、高壓、疲勞等特性。由于碳纖維固化在光纖外部，使光纖只有軸向應(yīng)變，徑向應(yīng)變近似為零，使得光纖測量靈敏度提高一倍多。
【專利說明】一種基于布里淵散射雙峰激勵(lì)式監(jiān)測儀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及測試計(jì)量領(lǐng)域，尤其涉及一種基于布里淵散射雙峰激勵(lì)式監(jiān)測儀。

【背景技術(shù)】
[0002]電氣化是現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展水平的重要標(biāo)志，電力作為基礎(chǔ)能源與現(xiàn)代社會(huì)息息相關(guān)，電網(wǎng)安全維系國家安全。隨著我國電力需求的快速增長，區(qū)域管理以及全國聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略的實(shí)施，保證電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，提高能源利用效率已成為我國電力系統(tǒng)面臨的關(guān)鍵性和緊迫性問題。
[0003]目前，布里淵傳感器在電氣化領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛，最大優(yōu)勢是可以實(shí)現(xiàn)溫度和應(yīng)變的長距離分布式的測量，其空間分辨率可達(dá)厘米級，傳感距離可達(dá)上百公里，但是目前普遍使用過程中，由布里淵系統(tǒng)中的微波光電調(diào)制器發(fā)出的脈沖信號為單峰脈沖，布里淵頻譜測量的頻率和分辨率此消彼長，相互矛盾，達(dá)不到同時(shí)提高的效果；而且輸配電線遍布我國各地，在長期運(yùn)行中受到雨雪、冰凍、日照、電磁感應(yīng)、化學(xué)腐蝕以及電荷載流量等影響，會(huì)導(dǎo)致輸配電線的負(fù)荷變化或老化，從而引起輸配電線溫度的變化、應(yīng)力的變化。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于布里淵散射雙峰激勵(lì)式監(jiān)測儀，采用雙峰激勵(lì)式脈沖信號，布里淵頻譜測量的頻率分辨率和空間分辨率同時(shí)提高，解決了兩者之間的矛盾，而且單模光纖的四周用聚丙烯腈基碳纖維封裝，碳纖維間隙用環(huán)氧樹脂浸潤，可以提高系統(tǒng)的空間分辨率和測量精度，包覆碳纖維的單模光纖還具有高強(qiáng)度、耐腐蝕、耐高溫、耐高壓、耐疲勞、抗氫擾等特性。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0006]一種基于布里淵散射雙峰激勵(lì)式監(jiān)測儀，包括半導(dǎo)體激光器、耦合器一、耦合器二、稱合器三、偏振控制器一、偏振控制器二、微波光電調(diào)制器、光電探測器、脈沖發(fā)生器、微波混頻器、本地振蕩器、匹配濾波器、信息采集與處理器、單模光纖，所述的半導(dǎo)體激光器與率禹合器一的輸入端連接，稱合器一的一個(gè)輸出端與偏振控制器一連接，偏振控制器一與微波光電調(diào)制器連接，脈動(dòng)發(fā)生器設(shè)置在微波光電調(diào)制器上，微波光電調(diào)制器與耦合器二的一個(gè)輸入端連接，耦合器二的一個(gè)輸出端與單模光纖連接，耦合器二的另一輸出端與耦合器三的一個(gè)輸入端連接；
[0007]稱合器一的另一個(gè)輸出端與偏振控制器二連接，偏振控制器二與稱合器三的另一個(gè)輸入端連接，耦合器三的輸出端與光電探測器、微波混頻器、匹配濾波器、信息采集與處理器依次連接，本地振蕩器設(shè)置在微波混頻器上。
[0008]所述的光電探測器為PbSe探測器。
[0009]所述的半導(dǎo)體激光器光源中心波長是1550nm。
[0010]利用布里淵監(jiān)測儀進(jìn)行傳感信號監(jiān)測的方法，步驟如下:
[0011]由半導(dǎo)體激光器發(fā)出的連續(xù)光經(jīng)過耦合器一分成兩路，一路光作為本振光，經(jīng)過偏振控制器二，到達(dá)耦合器三；另一路光經(jīng)偏振控制器一后，由微波光電調(diào)制器的脈沖發(fā)生器作用調(diào)制成雙正弦脈動(dòng)光，雙正弦脈動(dòng)光波之間的時(shí)間間隔設(shè)定在小于一個(gè)聲子壽命時(shí)間，脈動(dòng)光波經(jīng)稱合器二進(jìn)入單模光纖，產(chǎn)生的背向布里淵散射光進(jìn)入稱合器三與本振光進(jìn)行相干檢測，相干后高頻信號通過光電探測器、微波混頻器、本地振蕩器和匹配濾波器進(jìn)行下變頻，再通過匹配濾波器進(jìn)入信息采集與處理器。
[0012]所述的微波光電調(diào)制器產(chǎn)生的脈沖光為脈動(dòng)周期1.5ns，脈動(dòng)間隔4ns的雙峰正弦脈動(dòng)信號，實(shí)現(xiàn)了空間分辨率15cm，溫度/應(yīng)力測量精度為±0.5°C/+15 μ ε的測量。
[0013]所述的微波光電調(diào)制器產(chǎn)生的脈沖光為正弦正半周脈沖光。
[0014]所述的單模光纖為G.625單模光纖，在光纖的四周用Φ 10 μ m的聚丙烯腈PAN基碳纖維封裝，碳纖維間隙用環(huán)氧樹脂浸潤，由此形成單模光纖外涂敷層。
[0015]與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是:
[0016](I)采用相關(guān)雙峰激勵(lì)技術(shù)，提高布里淵頻譜的強(qiáng)度。利用布里淵頻譜的振蕩特性，精確地得到布里淵頻移；在充分利用散射光的強(qiáng)相干性的同時(shí)，采用外差相干法檢測布里淵頻移信號，提高系統(tǒng)的空間分辨率和測量精度。
[0017](2)碳纖維質(zhì)量很輕，用它封裝的光纖傳感器適合敷設(shè)在架空電力線上，同時(shí)碳纖維還具有高強(qiáng)度、耐腐蝕、耐高溫、耐高壓、耐疲勞、抗氫擾等特性。由于碳纖維固化在光纖外部，使光纖只有軸向應(yīng)變，徑向應(yīng)變近似為零，使得光纖測量靈敏度提高一倍多。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是本實(shí)用新型雙峰激勵(lì)式布里淵傳感原理圖。
[0019]圖2是包覆碳纖維的單模光纖剖面圖。
[0020]1-半導(dǎo)體激光器2-稱合器一 3-偏振控制器一 4-偏振控制器二 5-微波光電調(diào)制器6-脈沖發(fā)生器7-耦合器二 8-單模光纖9-耦合器三10-光電探測器11-微波混頻器12-本地振蕩器13-匹配濾波器14-信息采集與處理器15-碳纖維16-環(huán)氧樹脂

【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】進(jìn)一步說明:
[0022]如圖1所示，一種基于布里淵散射雙峰激勵(lì)式監(jiān)測儀，由半導(dǎo)體激光器1、耦合器一 2、偏振控制器一 3、偏振控制器二 4、微波光電調(diào)制器5、脈沖發(fā)生器6、稱合器二 7、單模光纖8耦合器三9、光電探測器10、微波混頻器11、本地振蕩器12、匹配濾波器13、信息采集與處理器14組成，所述的半導(dǎo)體激光器I與耦合器一 2的輸入端連接，耦合器一 2的一個(gè)輸出端與偏振控制器一 3連接,偏振控制器一 3與微波光電調(diào)制器5連接,脈動(dòng)發(fā)生器6設(shè)置在微波光電調(diào)制器5上,微波光電調(diào)制器5與稱合器二 7的一個(gè)輸入端連接,稱合器二 7的一個(gè)輸出端與單模光纖8連接，耦合器二 7的另一輸出端與耦合器三9的一個(gè)輸入端連接；
[0023]稱合器一 2的另一個(gè)輸出端與偏振控制器二 4連接,偏振控制器二 4與稱合器三9的另一個(gè)輸入端連接，耦合器三9的輸出端與光電探測器10、微波混頻器11、匹配濾波器
13、信息采集與處理器14依次連接，本地振蕩器12設(shè)置在微波混頻器11上。光電探測器10為PbSe探測器。半導(dǎo)體激光器I光源中心波長是1550nm。
[0024]利用所述的布里淵監(jiān)測儀進(jìn)行傳感信號監(jiān)測的方法，具體過程如下:
[0025]由半導(dǎo)體激光器I發(fā)出的連續(xù)光經(jīng)過耦合器一 2分成兩路，一路光作為本振光，經(jīng)過偏振控制器二 4，到達(dá)耦合器三9 ;另一路光經(jīng)偏振控制器一 3后，由微波光電調(diào)制器5的脈沖發(fā)生器6作用調(diào)制成雙正弦脈動(dòng)光,雙正弦脈動(dòng)光波之間的時(shí)間間隔設(shè)定在小于一個(gè)聲子壽命時(shí)間，脈動(dòng)光波經(jīng)稱合器二 7進(jìn)入單模光纖8,產(chǎn)生的背向布里淵散射光進(jìn)入f禹合器三9與本振光進(jìn)行相干檢測，相干后高頻信號通過光電探測器10、微波混頻器11、本地振蕩器12和匹配濾波器13進(jìn)行下變頻，再通過匹配濾波器13進(jìn)入信息采集與處理器14。
[0026]微波光電調(diào)制器5產(chǎn)生的脈沖光為脈動(dòng)周期1.5ns，脈動(dòng)間隔4ns的雙峰正弦脈動(dòng)信號，實(shí)現(xiàn)了空間分辨率15cm，溫度/應(yīng)力測量精度為±0.5°C/+15 μ ε的測量。微波光電調(diào)制器5產(chǎn)生的脈沖光為正弦正半周脈沖光。
[0027]所述的單模光纖8為G.625單模光纖，在光纖的四周用Φ 10 μ m的聚丙烯腈PAN基碳纖維15封裝，碳纖維間隙用環(huán)氧樹脂16浸潤，由此形成單模光纖8外涂敷層。
[0028]在每一個(gè)周期內(nèi)連續(xù)向傳感光纖發(fā)送兩個(gè)正弦正半周脈沖光，由單個(gè)聲波產(chǎn)生的布里淵散射光會(huì)發(fā)生干涉，耦合器三9接收到的背向布里淵散射光是相互干涉的結(jié)果，再由本地振蕩器發(fā)生振蕩,測量頻率分辨率和空間分辨率同時(shí)提高,解決了兩者之間的矛盾。
[0029]偏振控制器能保證輸入光的偏振方向與其透光軸重合，使得入射光全部進(jìn)入微波光電調(diào)制器；偏振控制器還能抑制偏振起伏，減小因偏振不匹配引起的信號起伏，相干后高頻信號通過光電探測器、微波混頻器、本地振蕩器和匹配濾波器進(jìn)行下變頻，再通過匹配濾波器進(jìn)入信息采集與處理器，最終監(jiān)測出溫度與應(yīng)力的數(shù)據(jù)。
[0030]采用相關(guān)雙峰激勵(lì)技術(shù)，提高布里淵頻譜的強(qiáng)度。利用布里淵頻譜的振蕩特性，精確地得到布里淵頻移；在充分利用散射光的強(qiáng)相干性的同時(shí)，采用外差相干法檢測布里淵頻移信號，提高系統(tǒng)的空間分辨率和測量精度。
【權(quán)利要求】
1.一種基于布里淵散射雙峰激勵(lì)式監(jiān)測儀，包括半導(dǎo)體激光器、耦合器一、耦合器二、率禹合器三、偏振控制器一、偏振控制器二、微波光電調(diào)制器、光電探測器、脈沖發(fā)生器、微波混頻器、本地振蕩器、匹配濾波器、信息采集與處理器、單模光纖，其特征在于: 所述的半導(dǎo)體激光器與稱合器一的輸入端連接，稱合器一的一個(gè)輸出端與偏振控制器一連接，偏振控制器一與微波光電調(diào)制器連接，脈動(dòng)發(fā)生器設(shè)置在微波光電調(diào)制器上，微波光電調(diào)制器與耦合器二的一個(gè)輸入端連接，耦合器二的一個(gè)輸出端與單模光纖連接，耦合器二的另一輸出端與稱合器三的一個(gè)輸入端連接； 耦合器一的另一個(gè)輸出端與偏振控制器二連接，偏振控制器二與耦合器三的另一個(gè)輸入端連接，耦合器三的輸出端與光電探測器、微波混頻器、匹配濾波器、信息采集與處理器依次連接，本地振蕩器設(shè)置在微波混頻器上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于布里淵散射雙峰激勵(lì)式監(jiān)測儀，其特征在于，所述的光電探測器為PbSe探測器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于布里淵散射雙峰激勵(lì)式監(jiān)測儀，其特征在于，所述的半導(dǎo)體激光器光源中心波長是1550nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于布里淵散射雙峰激勵(lì)式監(jiān)測儀，其特征在于，所述的單模光纖為G.625單模光纖，在光纖的四周用Φ 10 μ m的聚丙烯腈PAN基碳纖維封裝，碳纖維間隙用環(huán)氧樹脂浸潤，由此形成單模光纖外涂敷層。
【文檔編號】G01D5/353GK204007656SQ201420391622
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年7月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月15日
【發(fā)明者】馬鵬程 申請人:鞍山鵬澤偉業(yè)科技有限公司