CN103698049A - 基于布里渊散射的分布式测量***及方法 - Google Patents

Abstract

一种基于布里渊散射的分布式测量***，包括可将激光分束为本振光和泵浦光的第一激光单元、可将激光调制成可作为探测光的正交频分复用光信号的第二激光单元、非同轴多芯光纤及光纤传感单元，非同轴多芯光纤一端接收第一激光单元的泵浦光，另一端接收正交频分复用光信号，光纤传感单元分别与第一激光单元和第二激光单元连接。上述基于布里渊散射的分布式测量***，采用非同轴多芯光纤取代单模单芯光纤作为传感光纤，可区分温度和应力交叉敏感问题。采用正交频分复用光信号取代单束激光作为***中的探测光，可增加扫描速度，一次性完成多个频点的扫描，提高了检测响应时间。还提供了一种基于布里渊散射的分布式测量方法。

Description

基于布里渊散射的分布式测量***及方法

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，特别是涉及一种基于布里渊散射的分布式测量***及方法。

背景技术

电力***中，电缆、风电设备等长期暴露在空气中，容易受到外力及外界环境变化的影响。如大风、地震和冰灾等将使设备发生形变产生弧垂，从而导致产生应力应变，设备强度下降，造成线路中断故障。而应力对设备影响并不能直观表现出来，一旦应力积累到一定程度，造成设备工作中断，会严重影响电力***输供电的安全。另一方面，在电力***中，高温、火灾也是影响电力***安全运行的常见事故，所以温度在线监测的质量同样对电力***安全运行举足轻重。因此，及时监测和掌握设备应力应变和温度变化情况，并及时发现故障而采取有效地预防措施，对提高电力***的可靠性和安全性至关重要。

布里渊散射是光波与声波在光纤中传播时相互作用而产生的光散射过程，布里渊散射与入射光之间具有一定的频差，该频差与温度和应变之间具有良好的线性关系，同时与功率与温度呈正比关系。光纤作为传感介质，具有体积小、重量轻、抗电磁干扰以及易于组网等优点。通过测量光纤中的布里渊频谱可以实现环境中温度和应变的分布式传感，基于光纤布里渊散射的分布式传感技术应用而生。

但是，由于光纤中布里渊频移同时受应变和温度的影响，仅由单一的布里渊频移无法分辨出该频移是由应变还是由温度引起，使得这种传感技术的实用场合受到了很大限制，这种现象，称为布里渊散射光纤传感器的“交叉敏感”问题。

为了解决这一问题，提出了多种解决方案。例如，通过研究大有效面积非零色散位移光纤的布里渊散射谱与应变和温度的关系，从而提出的解决布里渊散射光纤传感器交叉敏感问题的方案。此外，还提出了采用温度补偿的方法来解决交叉敏感问题。但是，大有效面积非零散射光纤的使用，***成本增加，且无法与已铺设的光缆融合，且检测响应时间长，测量精度不高。采用温度补偿法，测量精度不高，检测响应时间长。

发明内容

基于此，有必要针对响应时间长、测量精度不高的问题，提供一种基于布里渊散射的分布式测量***及方法。

一种基于布里渊散射的分布式测量***，包括：

可将激光分束为本振光和泵浦光的第一激光单元；

可将激光调制成可作为探测光的正交频分复用光信号的第二激光单元；

非同轴多芯光纤，一端接收所述第一激光单元的泵浦光，另一端接收所述正交频分复用光信号；

可得到所述非同轴多芯光纤纤芯布里渊频移的光纤传感单元，分别与所述第一激光单元和第二激光单元连接，所述本振光和探测光均输入所述光纤传感单元。

在其中一实施例中，所述第一激光单元包括泵浦激光器、将激光分束的第一光耦合器、进行脉冲或随机序列调制的第一电光调制器、第一光纤放大器、光环形器，所述泵浦激光器与所述第一耦合器连接，所述泵浦激光器输出的激光一束输入光纤传感单元，另一束依次通过第一电光调制器、第一光纤放大器和光环形器输入所述非同轴多芯光纤，所述光环形器与所述光纤传感单元连接。

在其中一实施例中，所述光环形器包括第一端口、第二端口和第三端口，所述第一光纤放大器通过第一端口与所述光环形器连接，所述非同轴多芯光纤一端与所述第二端口连接，所述光纤传感单元通过第三端口与所述光环形器连接。

在其中一实施例中，所述第一激光单元还包括光滤波器，所述光滤波器的一端与所述光环形器连接，另一端与所述光纤传感单元连接。

在其中一实施例中，所述第二激光单元包括探测光激光器、可将激光调制成正交频分复用光信号的第二电光调制器、第二光纤放大器，所述探测光激光器输出的激光依次通过第二电光调制器、第二光纤放大器输入非同轴多芯光纤。

在其中一实施例中，所述第二电光调制器包括正交频分复用光信号发生器、数模转换器、驱动器和电光调制装置，所述正交频分复用光信号发生器、数模转换器、驱动器和电光调制装置依次连接，所述探测光激光器与所述电光调制装置连接，所述第二光纤放大器与所述电光调制装置连接。

在其中一实施例中，所述光纤传感单元包括光电接收检测装置、模数转换器、信道估计装置和主控显示设备，所述光电接收检测装置分别与所述第一激光单元和第二激光单元连接，所述模数转换器与所述光电接收检测装置连接，所述信道估计装置与所述模数转换器连接，所述主控显示设备与所述信道估计装置连接和第一激光单元连接。

在其中一实施例中，所述光电接收检测装置包括第二光耦合器和光电检测器，所述第二光耦合器分别与第一激光单元和第二激光单元连接，所述光电检测器与所述第二光耦合器连接，所述模数转换器与所述光电检测器连接。

一种基于布里渊散射的分布式测量方法，包括以下步骤:

铺设非同轴多芯光纤；

产生本振光、泵浦光和可作为探测光的正交频分复用光信号，调制泵浦光和可作为探测光的正交频分复用光信号，分别输入泵浦光和可作为探测光的正交频分复用光信号于所述非同轴多芯光纤两端；

接收并检测所述本振光和携带所述非同轴多芯光纤发生布里渊散射光信号的正交频分复用光信号；

对检测到的正交频分复用光信号进行调制解调，得出所述非同轴多芯光纤每个纤芯的布里渊增益谱，并确定每个纤芯的布里渊频移；

通过温度和应力变化引起的布里渊频移确定温度和应力值。

在其中一实施例中，所述对检测到的正交频分复用光信号进行调制解调，得出所述非同轴多芯光纤每个纤芯的布里渊增益谱，并确定每个纤芯的布里渊频移的步骤，具体包括以下步骤：

对检测出的正交频分复用光信号进行模数转换；

对正交频分复用电信号进行串并转换；

对串并转换的正交频分复用电信号进行去循环前缀；

对去循环前缀的正交频分复用电信号进行快速傅氏变换；

对快速傅氏变化的正交频分复用电信号进行信道估计，并得出纤芯的布里渊频移。

上述基于布里渊散射的分布式测量***及方法，采用非同轴多芯光纤作为传感光纤，接收并检测光信号，光信号包括本振光和携带所述非同轴多芯光纤发生布里渊散射的光信号的正交频分复用探测光，然后对检测出的光信号进行调制解调，得出所述非同轴多芯光纤每个纤芯的布里渊增益谱，并确定每个纤芯的布里渊频移，通过温度和应力变化引起的布里渊频移确定温度和应力值。

如此，采用非同轴多芯光纤取代单模单芯光纤作为传感光纤，可以区分温度和应力交叉敏感问题。采用正交频分复用光信号取代单束激光作为***中的探测光，可大大增加扫描速度，一次性完成多个频点的扫描，提高了检测响应时间。采用经过调制的正交频分复用光信号作为探测光，经过正交频分复用解调，得出非同轴多芯光纤每个纤芯的布里渊频移，降低了***计算复杂度，简化传统方式中的平均过程，减少了检测时间。此外，正交频分复用光信号传输可长距离传输，传送精度高，提高了测量精度。

附图说明

图1为一实施方式的基于布里渊散射的分布式测量***的结构示意图；

图2为另一实施方式的基于布里渊散射的分布式测量***的结构示意图；

图3为一实施方式的基于布里渊散射的分布式测量***的第二电光调制器的结构示意图；

图4为一实施方式的基于布里渊散射的分布式测量方法的流程示意图；

图5为一实施方式的基于布里渊散射的分布式测量方法正交频分复用电信号调制解调流程示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示，一种基于布里渊散射的分布式测量***，包括可将激光分为两束的第一激光单元110、可将激光调制成可作为探测光的正交频分复用光信号的第二激光单元120、非同轴多芯光纤130和可得到非同轴多芯光纤130纤芯布里渊频移的光纤传感单元140。第一激光单元110可将激光分为两束，一束为本振光，另一束为泵浦光，非同轴多芯光纤130一端接收第一激光单元110的泵浦光，另一端接收可作为探测光的正交频分复用光信号。第一激光单元110和第二激光单元120均与光纤传感单元140连接，本振光和探测光均输入光纤传感单元140。

在本实施例中，采用非同轴多芯光纤130作为传感光纤，非同轴多芯光纤130是一种共用外包层，内含有多根纤芯，每根纤芯又有自己的内包层的光纤。非同轴多芯光纤130可提高成缆的集成密度，同时也可降低施工成本。

由于非同轴多芯光纤130纤芯间隔大，互相不发生光耦合现象，受温度影响时，每个纤芯的布里渊频移变化相同，而每个纤芯位置不同，受到应力影响时的布里渊频移变化不同。因此，可以分辨出布里渊频移是由温度还是由于应力变化引起，从而解决了布里渊散射传感的交叉敏感问题。

第一激光单元110可将激光分为两束，一束可作为本振光，另一束可作为泵浦光。在其中一个实施例中，第一激光单元110可包括泵浦激光器112、第一光耦合器114、第一电光调制器116、第一光纤放大器118和光环形器119。泵浦激光器112发射的激光可作为泵浦光源，第一光耦合器114可将激光分为两束，第一电光调制器116可对泵浦光进行脉冲或随机序列调制，第一光纤放大器118对泵浦光进行放大，光环形器119一端口与非同轴多芯光纤130连接，另一端口与光纤传感单元140连接。

其中，泵浦激光器112输出的激光经过第一耦合器114分为两束，一束作为泵浦光经过第一电光调制器116脉冲或随机序列调制后输入第一光纤放大器118放大，再进入光环形器119从而输入到非同轴多芯光纤130产生布里渊散射，另一束激光作为本振光输入光纤传感单元140。

光环形器119是一种多端口非互易光学器件，具有N个端口，其中N大于等于3，N个端口形成一个连续的通道，可以完成正反向传输光的分离。在本实施例中，光环形器119包括3个端口，第一光纤放大器118通过第一端口1192与光环形器119连接，非同轴多芯光纤130的一端与第二端口1194连接，光纤传感单元140与第三端口1196连接。如此，当泵浦光从第一光纤放大器118进入光环形器119的第一端口1192，可毫无损失的由第二端口1194进入非同轴多芯光纤130，由于光环形器119的非互易特性，第三端口1196没有光输出。

第一光耦合器114为普通光纤耦合器，可以理解的是，在其他实施例中，第一光耦合器114的耦合比可根据实际激光条件和输出功率的需要进行选择，只要实现***稳定工作的目的即可。泵浦激光器112可为端面泵浦固体激光器，也可以为侧面泵浦固体激光器，只要实现低功耗、性能可靠、寿命长、输出光质量好的目的即可。在本实施例中，泵浦激光器112采用分布式反馈激光器（Distributed Feedback Laser，DFB）。第一光纤放大器118为可为掺耳放大器（Erbium-doped Optical Fiber Amplifier，EDFA）。

第二激光单元120可将激光调制成可作为探测光的正交频分复用光信号。

在其中一个实施例中，第二激光单元120包括探测光激光器122、第二电光调制器124、第二光纤放大器126，探测光信号由探测激光器122输出后通过第二电光调制器124、第二光纤放大器126输入非同轴多芯光纤130另一端。

探测光激光器122与第一激光单元110的泵浦激光器112相比有一定的频差，作为相干光源，普通石英非同轴多芯光纤在常温无应变时产生的布里渊频移约为11GHz，故在本实施例中，频差为11GHz，在温度和应变变化时，根据布里渊频移与温度和应变的关系即可得出温度和应变的变化信息。

第二电光调制器124可将产生正交频分复用（Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，OFDM）模拟信号，并与探测光激光器122输出的激光进行OFDM调制，将激光调制为OFDM光信号，并经过第二光纤放大器126输入非同轴多芯光纤130的另一端，经历布里渊增益。第二光纤放大器126可为掺耳放大器。需要说明的是，OFDM是一种多载波调制技术，其在多个正交的子载波上传递不同的信息符号，如4—QAM符号，频率分辨率为子载波间隔。

在本实施例中，第二电光调制器124可采用马赫—曾德尔调制器（Mach-Zehnder Modulator，MZM），MZM调制器将输入光分成两路相等的信号分别进入调制器的两个支路，这两个光支路采用的材料是电光性材料，其折射率随外部施加的电信号大小而变化。由于光支路的折射率变化会导致信号相位的变化，当两个支路信号调制器输出端再次结合在一起时，合作的光信号将是一个强度大小变化的干涉信号，相当于把电信号的变化转换成了光信号的变化，实现了光强度的调制。

如此，将OFDM模拟信号与探测光调制为OFDM光信号，并最后输入非同轴多芯光纤130经历布里渊增益。采用OFDM光信号作为***中的探测光，可大大增加扫描速度，一次性完成多个频点的扫描，减少检测时间。此外，采用OFDM技术可有效对抗信号波形的干扰，适用于多径环境和衰落信道中的高速数据传输，通过各子载波的联合编码具有很强的抗衰落能力，可适用于长距离分布式光纤传感。

可以理解的是，第二电光调制器124也可采用其他电光调制器，只要实现OFDM光信号调制的目的即可。第二光纤放大器126也可采用其他的光纤放大器，只要实现对OFDM光信号放大即可。

光纤传感单元140可得到非同轴多芯光纤130纤芯的布里渊频移，分别与第一激光单元110和第二激光单元120连接，本振光和探测光均输入光纤传感单元140。

在其中一个实施例中，光纤传感单元140可包括光电接收检测装置142、模数转换器144、信道估计装置146和主控显示装置148，光电接收检测装置142分别与第一激光单元110和第二激光单元120连接，模数转换器144与光电检测装置连接，信道估计装置146与模数转换器144连接，主控显示装置148与信道估计装置146连接，还与第一激光单元110连接。

请参阅图2，在其中一实施例中，光电接收检测装置142包括第二光耦合器1422和光电检测器1424，第二光耦合器1422分别与第一激光单元110和第二激光单元120连接，光电检测器1424与第二光耦合器1422连接。第一激光单元110激光分为两束，作为本振光的一束输入第二光耦合器1422，第二激光单元120通过光环形器119与第二光耦合器1422连接，模数转换器144与光电检测器1424连接。

第一激光单元110泵浦光输入非同轴多芯光纤130，产生布里渊散射，当泵浦光与探测光的频差与光纤中某区域的布里渊频移相等时，该区域就会产生布里渊放大效应，即布里渊增益，泵浦光与探测光之间发生能量转移。OFDM光信号作为探测光输入非同轴多芯光纤130经历布里渊增益，由于布里渊散射信号与泵浦光方向相反，OFDM光信号携带布里渊散射信号经过光环形器119与本振光在第二光耦合器1422耦合进入光电检测器1424。

其中，信道估计装置146对经过模数转换的OFDM光信号进行了OFDM解调，以便布里渊散射信号的数据处理。需要说明的是，解调是从携带消息的已调信号中恢复消息的过程，发送端用所欲传送的消息对载波进行调制，产生携带这一消息的信号，接收端恢复所传送的消息才可加以利用。上述检测方法采用直接检测法，通过OFDM光信号携带布里渊散射信号，然后将光信号转换为电信号，解调电路检出信息，直接检测算法使得成本大大降低。

可以理解的是，光电接收检测装置142也可以是相干接收机1426，第一激光单元110的本振光输入相干接收机1426，第二激光单元120的OFDM光信号携带布里渊散射信号经过光环形器119输入相干接收机1426。如此，只要实现接收并检测出本振光和携带布里渊散射信号的OFDM光信号，以及对OFDM光信号进行解调的目的即可。上述检测方案采用相干检测方案，利用光的相干性对光载波所携带的信息信号进行检测和处理，与直接检测相比，相干检测更容易获得大的信噪比，可恢复的信号种类多，并且频率选择性较好，更适合密集波分复用***，因此，传输过程中误差小，提高了精确度。此外，相干接收机1426的灵敏度高，增加了光信号的无中继传输距离，从而增加了测量距离。

模数转换器144与光电检测装置142连接，信道估计装置146与模数转换器144连接，主控显示装置148与信道估计装置146连接，还与第一激光单元110连接。如此，模数转换器144可将OFDM光信号转换为OFDM电信号，信道估计装置146通过信道估计技术从而得到每个纤芯的布里渊增益谱，主控显示装置148从而经过数据处理得出每个纤芯的布里渊频移，得出温度和应力值。其中，主控显示装置148还与第一电光调制器116连接，从而控制第一电光调制器116的脉冲或随机序列调制。

上述基于布里渊散射的分布式测量***，包括可将激光分束成本振光和泵浦光的第一激光单元110，可将激光调制成可作为探测光的正交频分复用光信号的第二激光单元120，一端接收第一激光单元110泵浦光，另一端接收正交频分复用光信号的非同轴多芯光纤130，以及可得到非同轴多芯光纤130纤芯布里渊频移的光纤传感单元140。光纤传感单元140分别与第一激光单元110和第二激光单元120连接，本振光与探测光均输入光纤传感单元140。

如此，第一激光单元110将激光分束为本振光和泵浦光，第二激光单元120将激光调制成正交频分复用光信号，第一激光单元110分束出的泵浦光输入非同轴多芯光纤130的一端，产生布里渊散射，第二激光单元120将正交频分复用光信号输入非同轴多芯光纤130的另一端，并经历布里渊增益。由于布里渊散射信号的方向与泵浦光的方向相反，正交频分复用光信号携带布里渊散射信号输入光纤传感单元140。第一激光单元110分束的本振光也输入光纤传感单元140，通过光纤传感单元140的探测检测、OFDM解调、信道估计等，最终得到每个纤芯的布里渊增益谱，找到峰值后得到每个纤芯的布里渊频移。根据温度变化引起的布里渊频移在每个纤芯中是相同的，而应力变化引起的布里渊频移在每个纤芯中是不同的来区分温度和应力值，从而解决了交叉敏感问题。此外，采用分布式测量***可适用于长距离的测量。

采用非同轴多芯光纤130取代单模单芯光纤作为传感光纤，可以区分温度和应力交叉敏感问题。非同轴多芯光纤130还可提高成缆的集成密度，同时也可降低施工成本。采用OFDM光信号取代单束激光作为***中的探测光，可大大增加扫描速度，一次性完成多个频点的扫描，提高了检测响应时间，也提高了测量动态范围。此外，采用OFDM技术可有效对抗信号波形的干扰，适用于多径环境和衰落信道中的高速数据传输，通过各子载波的联合编码具有很强的抗衰落能力，可适用于长距离分布式光纤传感，大大增长了测量距离，也提高了测量精度。

请参阅图1，在其中一实施例中，第一激光单元110还包括光滤波器115，光滤波器115的一端与光环形器119连接，另一端与光纤传感单元140连接。信号在产生、转换、传输过程中由于环境和干扰的存在而畸形，以至于信号及其所携带的信息被噪声干扰，从而形成OFDM子载波间干扰（inter-carrierinterference，ICI），所以，滤波器可大大提高OFDM的传输精度，从而保证了检测精度。此外，滤波器还将信号中的瑞丽散射和***中的端面反射光滤除，提高了***的检测精度。

请参阅图3，在其中一实施例中，第二电光调制器124包括正交频分复用光信号发生器1242、数模转换器1244、驱动器1246和电光调制装置1248，正交频分复用光信号发生器1242、数模转换器1244、驱动器1246和电光调制装置1248依次连接，探测光激光器122与电光调制装置1248连接，第二光纤放大器126与电光调制装置1248连接。正交复用光信号发生器输出OFDM信号，数模转换器1244将OFDM信号转换成模拟信号，驱动器1246驱动电光调制装置1248将OFDM模拟信号和探测光激光器122输出的激光调制成OFDM光信号，再输入第二光纤放大器126放大后进入非同轴多芯光纤130。如此，以实现正交频分复用技术进行传输，提高了扫描速度，减少了检测时间。

如图4所示，一种基于布里渊散射的分布式测量方法，包括以下步骤：

步骤S110，铺设非同轴多芯光纤130；

步骤S120，产生本振光、泵浦光和可作为探测光的正交频分复用光信号，调制泵浦光和可作为探测光的正交频分复用光信号，分别输入泵浦光和可作为探测光的正交频分复用光信号于所述非同轴多芯光纤130两端；

步骤S130，接收并检测所述本振光和携带所述非同轴多芯光纤130发生布里渊散射光信号的正交频分复用光信号；

步骤S140，对检测到的正交频分复用光信号进行调制解调，得出所述非同轴多芯光纤130每个纤芯的布里渊增益谱，并确定每个纤芯的布里渊频移；

步骤S150，通过温度和应力变化引起的布里渊频移计算出温度和应力值。

上述基于布里渊散射的分布式测量方法，铺设非同轴多芯光纤130，产生本振光、泵浦光和可作为探测光的正交频分复用光信号，分别输入泵浦光和可作为探测光的正交频分复用光信号于所述非同轴多芯光纤130两端。接收并检测所述本振光和携带所述非同轴多芯光纤130发生布里渊散射光信号的正交频分复用光信号。对检测到的正交频分复用光信号进行调制解调，得出所述非同轴多芯光纤130每个纤芯的布里渊增益谱，并确定每个纤芯的布里渊频移；，再根据温度和应力变化引起的布里渊频移确定温度和应力值。

如此，采用非同轴多芯光纤130取代单模单芯光纤作为传感光纤，可以区分温度和应力交叉敏感问题。非同轴多芯光纤130还可提高成缆的集成密度，同时也可降低施工成本。采用OFDM光信号取代单束激光作为***中的探测光，可大大增加扫描速度，一次性完成多个频点的扫描，提高了检测响应时间。

采用经过调制的OFDM作为探测光，经过OFDM解调，得出非同轴多芯光纤130每个纤芯的布里渊频移，可降低***计算复杂度，避免需要经过电光调制、偏振控制、信号平均等过程，简化传统方式中的平均过程，减少了检测时间。OFDM光信号传输可长距离传输，传送精度高，提高了测量精度。

请参阅图5，在其中一实施例中，步骤S140对检测到的正交频分复用光信号进行调制解调，得出所述非同轴多芯光纤每个纤芯的布里渊增益谱，并确定每个纤芯的布里渊频移的步骤，具体包括以下步骤：

步骤S141，对检测出的正交频分复用光信号进行模数转换；

步骤S142，对正交频分复用电信号进行串并转换；

步骤S144，对串并转换的正交频分复用电信号进行去循环前缀；

步骤S146，对去循环前缀的正交频分复用电信号进行快速傅氏变换；

步骤S148，对快速傅氏变化的正交频分复用电信号进行信道估计，并得出纤芯的布里渊频移。

如此，可对OFDM电信号调制解调，快速和准确计算出每个纤芯的布里渊频移，经过OFDM解调、模数变换和信道估计等步骤可降低***计算复杂度，简化传统方式中的平均过程，减少了检测时间。

在其中一实施例中，步骤S148对快速傅氏变化的正交频分复用电信号进行信道估计具体为:

设OFDM探测光信号上第k个子载波上的符号为X_k，在光电接收检测装置142中处理OFDM信号时接收到的该子载波上的符号为Y_k，则该子载波的信号相对强度为

$H_k={\left|\frac{Y_k}{X_k}\right|}^2$

根据相对强度H_k，求得其最大值的子载波的频率即为布里渊频移υ_B(T)或υ_B(ε)。然后利用公式：

T＝T_r+[υ_B(T)/υ_B(T_r)-1]/C_rT

ε＝ε_r+[υ_B(ε)/υ_B(ε_r)-1]/C_rε

可以得出温度值T或应力值ε。其中式中T_r、ε_r为参考温度和参考应力，C_rT、C_rε为温度灵敏度系数和应力灵敏度系数，υ_B(T_r)为参考温度T_r下的布里渊频移，υ_B(ε_r)为参考应力ε_r下的布里渊频移。

如此，通过计算可得出每个纤芯的布里渊频移，从而确定温度和应力的分布，实现准确测量。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种基于布里渊散射的分布式测量***，其特征在于，包括：

可将激光分束为本振光和泵浦光的第一激光单元；

可将激光调制成可作为探测光的正交频分复用光信号的第二激光单元；

非同轴多芯光纤，一端接收所述第一激光单元的泵浦光，另一端接收所述正交频分复用光信号；

可得到所述非同轴多芯光纤纤芯布里渊频移的光纤传感单元，分别与所述第一激光单元和第二激光单元连接，所述本振光和探测光均输入所述光纤传感单元。

2.根据权利要求1所述的基于布里渊散射的分布式测量***，其特征在于，所述第一激光单元包括泵浦激光器、将激光分束的第一光耦合器、进行脉冲或随机序列调制的第一电光调制器、第一光纤放大器、光环形器，所述泵浦激光器与所述第一耦合器连接，所述泵浦激光器输出的激光一束输入光纤传感单元，另一束依次通过第一电光调制器、第一光纤放大器和光环形器输入所述非同轴多芯光纤，所述光环形器与所述光纤传感单元连接。

3.根据权利要求2所述的基于布里渊散射的分布式测量***，其特征在于，所述光环形器包括第一端口、第二端口和第三端口，所述第一光纤放大器通过第一端口与所述光环形器连接，所述非同轴多芯光纤一端与所述第二端口连接，所述光纤传感单元通过第三端口与所述光环形器连接。

4.根据权利要求2所述的基于布里渊散射的分布式测量***，其特征在于，所述第一激光单元还包括光滤波器，所述光滤波器的一端与所述光环形器连接，另一端与所述光纤传感单元连接。

5.根据权利要求1所述的基于布里渊散射的分布式测量***，其特征在于，所述第二激光单元包括探测光激光器、可将激光调制成正交频分复用光信号的第二电光调制器、第二光纤放大器，所述探测光激光器输出的激光依次通过第二电光调制器、第二光纤放大器输入非同轴多芯光纤。

6.根据权利要求5所述的基于布里渊散射的分布式测量***，其特征在于，所述第二电光调制器包括正交频分复用光信号发生器、数模转换器、驱动器和电光调制装置，所述正交频分复用光信号发生器、数模转换器、驱动器和电光调制装置依次连接，所述探测光激光器与所述电光调制装置连接，所述第二光纤放大器与所述电光调制装置连接。

7.根据权利要求1所述的基于布里渊散射的分布式测量***，其特征在于，所述光纤传感单元包括光电接收检测装置、模数转换器、信道估计装置和主控显示设备，所述光电接收检测装置分别与所述第一激光单元和第二激光单元连接，所述模数转换器与所述光电接收检测装置连接，所述信道估计装置与所述模数转换器连接，所述主控显示设备与所述信道估计装置连接和第一激光单元连接。

8.根据权利要求7所述的基于布里渊散射的分布式测量***，其特征在于，所述光电接收检测装置包括第二光耦合器和光电检测器，所述第二光耦合器分别与第一激光单元和第二激光单元连接，所述光电检测器与所述第二光耦合器连接，所述模数转换器与所述光电检测器连接。

9.一种基于布里渊散射的分布式测量方法，其特征在于，包括以下步骤:

铺设非同轴多芯光纤；

产生本振光、泵浦光和可作为探测光的正交频分复用光信号，调制泵浦光和可作为探测光的正交频分复用光信号，分别输入泵浦光和可作为探测光的正交频分复用光信号于所述非同轴多芯光纤两端；

接收并检测所述本振光和携带所述非同轴多芯光纤发生布里渊散射光信号的正交频分复用光信号；

对检测到的正交频分复用光信号进行调制解调，得出所述非同轴多芯光纤每个纤芯的布里渊增益谱，并确定每个纤芯的布里渊频移；

通过温度和应力变化引起的布里渊频移确定温度和应力值。

10.根据权利要求9所述的基于布里渊散射的分布式测量方法，其特征在于，所述对检测到的正交频分复用光信号进行调制解调，得出所述非同轴多芯光纤每个纤芯的布里渊增益谱，并确定每个纤芯的布里渊频移的步骤，具体包括以下步骤：

对检测出的正交频分复用光信号进行模数转换；

对正交频分复用电信号进行串并转换；

对串并转换的正交频分复用电信号进行去循环前缀；

对去循环前缀的正交频分复用电信号进行快速傅氏变换；

对快速傅氏变化的正交频分复用电信号进行信道估计，并得出纤芯的布里渊频移。

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