CN110487309B - 一种光纤探测方法及*** - Google Patents
一种光纤探测方法及*** Download PDFInfo
- Publication number
- CN110487309B CN110487309B CN201910870400.0A CN201910870400A CN110487309B CN 110487309 B CN110487309 B CN 110487309B CN 201910870400 A CN201910870400 A CN 201910870400A CN 110487309 B CN110487309 B CN 110487309B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- pulse
- sensing
- circulator
- optical fiber
- pumping
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 title claims abstract description 133
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 63
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims abstract description 104
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 31
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 15
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 12
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 17
- 230000009471 action Effects 0.000 description 10
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 9
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 7
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000007405 data analysis Methods 0.000 description 2
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- FACXGONDLDSNOE-UHFFFAOYSA-N buta-1,3-diene;styrene Chemical compound C=CC=C.C=CC1=CC=CC=C1.C=CC1=CC=CC=C1 FACXGONDLDSNOE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 238000000253 optical time-domain reflectometry Methods 0.000 description 1
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 229920000468 styrene butadiene styrene block copolymer Polymers 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
- G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
- G01D5/353—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre
- G01D5/35338—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using other arrangements than interferometer arrangements
- G01D5/35354—Sensor working in reflection
- G01D5/35358—Sensor working in reflection using backscattering to detect the measured quantity
- G01D5/35364—Sensor working in reflection using backscattering to detect the measured quantity using inelastic backscattering to detect the measured quantity, e.g. using Brillouin or Raman backscattering
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K11/00—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
- G01K11/32—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in transmittance, scattering or luminescence in optical fibres
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K11/00—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
- G01K11/32—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in transmittance, scattering or luminescence in optical fibres
- G01K11/322—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in transmittance, scattering or luminescence in optical fibres using Brillouin scattering
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/24—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet
- G01L1/242—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet the material being an optical fibre
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
- Optical Transform (AREA)
Abstract
本发明实施例提供了一种光纤探测方法及***，包括：激光器、传感光纤、第一环形器、第二环形器和采集器；激光器向第一环形器发送传感脉冲和泵浦脉冲，传感脉冲的发送时间早于泵浦脉冲的发送时间；第一环形器通过传感光纤传输传感脉冲和泵浦脉冲；第二环形器接收到传感脉冲后通过传感光纤向第一环形器发送传感脉冲，传感脉冲与泵浦脉冲在传感光纤中发生受激布里渊散射作用，得到携带布里渊散射信息的传感脉冲；第一环形器接收到携带布里渊散射信息的传感脉冲后，向采集器发送携带布里渊散射信息的传感脉冲；采集器接收到携带布里渊散射信息的传感脉冲后，存储布里渊散射信息。应用本发明实施例提供的技术方案，可以节省光纤，实现单纤长距离探测。
Description
技术领域
本发明涉及光纤传感技术领域，特别是涉及一种光纤探测方法及***。
背景技术
分布式光纤传感器以光纤为传输介质，具有体积小、质量轻、易弯曲、损耗小、抗电磁干扰、抗辐射性能好等优点，在未来智能电网、油田管线安全监控，桥梁、航天器机翼等关键建筑结构监控等重要领域具有广泛的应用需求。其中，基于布里渊散射的分布式传感器得到的布里渊散射信息包括布里渊增益和布里渊频移等信息，与温度和应力变化呈线性关系，从而可以测量温度和应力信息。
目前，相比于基于自发布里渊散射(Spontaneous Brillouin Scattering，SpBS)原理的布里渊光时域反射(Brillouin Optical Time Domain Reflectometry，BOTDR)技术，基于受激布里渊散射(Stimulated Brillouin Scattering，SBS)原理的布里渊光时域分析(Brillouin Optical Time Domain Analysis，BOTDA)技术的散射效率大大增强，但由于传统BOTDA***中光纤两端的激光器频率不同步，引起了相位噪声问题，为解决该问题，对传统BOTDA***进行改进，在BOTDA***增设了环路结构，即除传感光纤外，额外增加一根与传感光纤等长的引导光纤。基于长距离BOTDA传感器中的环路技术虽然有效克服了两端激光器频率不同步的问题，但该改进后的BOTDA***必须用引导光纤将传感脉冲引到传感光纤尾端，使传感脉冲在传感光纤内与泵浦脉冲发生SBS作用，传感光纤只占整根光纤(传感光纤+引导光纤)长度的一半，浪费了一半的光纤，增加了传感成本。
自相干探测瑞利布里渊时域分析技术中，与泵浦脉冲进行SBS作用是连续光的后向瑞利散射后得到的传感脉冲，连续光的后向瑞利散射后得到的传感脉冲功率很低，限制了传感距离，且SBS作用后得到的携带SBS信息的传感脉冲的信噪比低。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种光纤探测方法及***，以保证传感脉冲和泵浦脉冲的频率同步，节省光纤，降低传感成本，提高传感距离以及携带SBS信息的传感脉冲的信噪比。具体技术方案如下：
第一方面，本发明实施例提供了一种光纤探测***，所述光纤探测***包括：激光器、传感光纤、第一环形器、第二环形器和采集器；
所述激光器，用于向所述第一环形器发送传感脉冲和泵浦脉冲，所述传感脉冲的发送时间早于所述泵浦脉冲的发送时间，所述传感脉冲和泵浦脉冲之间的时延为一个传感脉冲脉宽；
所述第一环形器，用于通过所述传感光纤传输所述传感脉冲和泵浦脉冲；
所述第二环形器，用于接收到所述传感脉冲后，通过所述传感光纤向所述第一环形器发送所述传感脉冲，以使所述传感脉冲与所述泵浦脉冲在所述传感光纤中发生受激布里渊散射作用，得到携带布里渊散射信息的传感脉冲；
所述第一环形器，用于接收到所述携带布里渊散射信息的传感脉冲后，向所述采集器发送所述携带布里渊散射信息的传感脉冲；
所述采集器，用于接收到所述携带布里渊散射信息的传感脉冲后，存储所述布里渊散射信息。
可选的，所述光纤探测***还包括：衰减器；
所述第二环形器，还用于接收所述泵浦脉冲；将所述泵浦脉冲发送至所述衰减器；
所述衰减器，用于对所述泵浦脉冲进行衰减处理。
可选的，所述光纤探测***还包括：第一滤波器；
所述第二环形器，还用于将所述传感脉冲和所述泵浦脉冲发送至所述第一滤波器；
所述第一滤波器，用于对所述传感脉冲和泵浦脉冲进行滤波处理，将所述泵浦脉冲发送至所述衰减器，将所述传感脉冲发送至所述第二环形器。
可选的，所述第二环形器，包括四个端口；
所述第二环形器，用于通过第一端口接收所述传感光纤传输的所述传感脉冲和泵浦脉冲；
所述第二环形器，用于通过第二端口向所述第一滤波器发送所述传感脉冲和泵浦脉冲，接收所述第一滤波器发送的所述泵浦脉冲；
所述第二环形器，用于通过第三端口向所述衰减器发送所述泵浦脉冲；
所述第二环形器，用于通过第四端口接收所述第一滤波器发送的所述传感脉冲，通过所述第一端口向所述第一环形器发送所述传感脉冲。
可选的，所述采集器，包括：掺铒光纤放大器、第二滤波器、光电探测器和采集卡；
所述掺铒光纤放大器，用于将所述携带布里渊散射信息的传感脉冲进行放大处理，得到放大传感脉冲；
所述第二滤波器，用于对所述放大传感脉冲进行滤波处理，得到所述放大传感脉冲的一个边带；
所述光电探测器，用于将所述边带转化为电信号，得到携带布里渊散射信息的电信号；
所述采集卡，用于收集所述携带布里渊散射信息的电信号，存储所述布里渊散射信息。
第二方面，本发明实施例还提供了一种光纤探测方法，应用于光纤探测***，所述光纤探测***包括：激光器、传感光纤、第一环形器、第二环形器和采集器；所述光纤探测方法包括：
所述激光器向所述第一环形器发送传感脉冲和泵浦脉冲，所述传感脉冲的发送时间早于所述泵浦脉冲的发送时间，所述传感脉冲和泵浦脉冲之间的时延为一个传感脉冲脉宽；
所述第一环形器通过所述传感光纤传输所述传感脉冲和泵浦脉冲；
所述第二环形器接收到所述传感脉冲后，通过所述传感光纤向所述第一环形器发送所述传感脉冲，以使所述传感脉冲与所述泵浦脉冲在所述传感光纤中发生受激布里渊散射作用，得到携带布里渊散射信息的传感脉冲；
所述第一环形器接收到所述携带布里渊散射信息的传感脉冲后，向所述采集器发送所述携带布里渊散射信息的传感脉冲；
所述采集器接收到所述携带布里渊散射信息的传感脉冲后，存储所述布里渊散射信息。
可选的，所述光纤探测***还包括衰减器，所述光纤探测方法还包括：
所述第二环形器接收所述泵浦脉冲；将所述泵浦脉冲发送至所述衰减器；
所述衰减器对所述泵浦脉冲进行衰减处理。
可选的，所述光纤探测***还包括第一滤波器，所述光纤探测方法还包括：
所述第二环形器将所述传感脉冲和所述泵浦脉冲发送至所述第一滤波器；
所述第一滤波器对所述传感脉冲和泵浦脉冲进行滤波处理，将所述泵浦脉冲发送至所述衰减器，将所述传感脉冲发送至所述第二环形器。
可选的，所述第二环形器，包括四个端口；
所述第二环形器通过第一端口接收所述传感光纤传输的所述传感脉冲和泵浦脉冲；
所述第二环形器通过第二端口向所述第一滤波器发送所述传感脉冲和泵浦脉冲，接收所述第一滤波器发送的所述泵浦脉冲；
所述第二环形器通过第三端口向所述衰减器发送所述泵浦脉冲；
所述第二环形器通过第四端口接收所述第一滤波器发送的所述传感脉冲，通过所述第一端口向所述第一环形器发送所述传感脉冲。
可选的，所述采集器，包括：掺铒光纤放大器、第二滤波器、光电探测器和采集卡；
所述掺铒光纤放大器将所述携带布里渊散射信息的传感脉冲进行放大处理，得到放大传感脉冲；
所述第二滤波器对所述放大传感脉冲进行滤波处理，得到所述放大传感脉冲的一个边带；
所述光电探测器将所述边带转化为电信号，得到携带布里渊散射信息的电信号；
所述采集卡收集所述携带布里渊散射信息的电信号，存储所述布里渊散射信息。
本发明实施例提供的一种光纤探测方法及***，将传感脉冲通过第二环形器返回到传感光纤中，与泵浦脉冲发送受激布里渊散射作用，获得布里渊散射信息，从而测得温度或应力信息。采用同一个激光器发送，保证传感脉冲和泵浦脉冲的频率同步，另外，不必引入引导光纤，可利用整根光纤检测温度和应力信息等，节省了光纤，降低传感成本。再次，本发明实施例中，采用第二环形器将传感脉冲发送到传感光纤中，使传感脉冲与泵浦脉冲进行SBS作用，这里的传感脉冲是通过激光器产生的，其功率大于连续光的后向瑞利散射后得到的传感脉冲，因此提高了传感距离，提高了携带SBS信息的传感脉冲的信噪比。
当然，实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的光纤探测***的第一种架构图；
图2为本发明实施例提供的光纤探测***的一种原理图；
图3为本发明实施例提供的受激布里渊散射的时域响应的一种示意图；
图4为本发明实施例提供的采集器的一种结构图；
图5为本发明实施例提供的传感光纤末端的布里渊增益谱的一种示意图；
图6为本发明实施例提供的光纤探测***的第二种架构图；
图7为本发明实施例提供的光纤探测***的第三种架构图；
图8为本发明实施例提供的第二环形器的一种结构图；
图9为本发明实施例提供的光纤探测***的一种示意图；
图10为本发明实施例提供的光纤探测方法的一种流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为解决现有技术中存在的上述问题，本发明实施例公开了一种光纤探测方法及***，以下分别进行详细说明。
如图1所示，图1为本发明实施例提供的光纤探测***的第一种架构图，包括：激光器101、传感光纤102、第一环形器103、第二环形器104和采集器105。
激光器101，用于向第一环形器103发送传感脉冲和泵浦脉冲，传感脉冲的发送时间早于泵浦脉冲的发送时间，传感脉冲和泵浦脉冲之间的时延为一个传感脉冲脉宽。
如图2所示，图2为本发明实施例提供的光纤探测***的一种原理图，传感脉冲的脉冲宽度为T1，泵浦脉冲的脉冲宽度为T2，传感脉冲早于泵浦脉冲的发送时间，传感脉冲和泵浦脉冲之间的时延为一个传感脉冲的脉冲宽度T1，避免了传感脉冲和泵浦脉冲在时域上交叠，造成能量损失和脉冲变形。
一个实施例中，激光器输出一个连续脉冲，耦合器把连续脉冲分为上下两个支路，其中一个支路为传感脉冲支路，另一个支路为泵浦脉冲支路，脉冲源先对传感脉冲支路上的连续脉冲进行调制处理，得到传感脉冲，并发送该传感脉冲。在发送该传感脉冲后延时一个传感脉冲的脉冲宽度，再对泵浦脉冲支路上的连续脉冲进行调制处理，得到泵浦脉冲，并发送该泵浦脉冲。这样，传感脉冲的发送时间早于泵浦脉冲的发送时间，传感脉冲和泵浦脉冲之间的时延为一个传感脉冲脉宽。
第一环形器103，用于通过传感光纤102传输传感脉冲和泵浦脉冲。第一环形器103接收激光器101发送的传感脉冲和泵浦脉冲，通过传感光纤102传输传感脉冲和泵浦脉冲。
第二环形器104，用于接收到传感脉冲后，通过传感光纤102向第一环形器103发送传感脉冲，以使传感脉冲与泵浦脉冲在传感光纤102中发生受激布里渊散射作用，得到携带布里渊散射信息的传感脉冲。
如图3所示，图3为本发明实施例提供的受激布里渊散射的时域响应的一种示意图。横坐标轴表示时间，单位为毫秒(ms)，纵坐标轴表示传感脉冲的幅度，单位为伏(V)。在时间0ms到1ms之间，传感光纤中传输的传感脉冲的瑞利散射信号返回到达传感光纤前端并探测；在时间为1ms到2ms之间，传感脉冲和泵浦脉冲相遇，并发生受激布里渊散射作用；在时间为2ms时，光纤尾端的受激布里渊信号被探测到，传感脉冲离开传感光纤，传感脉冲的幅度降为0V。
第二环形器104接收到传感光纤102传输的传感脉冲，将传感脉冲返回到传感光纤102中，使得传感脉冲和泵浦脉冲在传感光纤102中相遇，进而发生受激布里渊散射作用，得到携带布里渊散射信息的传感脉冲。
第一环形器103，用于接收到携带布里渊散射信息的传感脉冲后，向采集器105发送携带布里渊散射信息的传感脉冲。
传感脉冲和泵浦脉冲在传感光纤102中发生受激布里渊散射作用，得到携带布里渊散射信息的传感脉冲后，该携带布里渊散射信息的传感脉冲继续在传感光纤102中传输。第一环形器103接收传感光纤102传输的携带布里渊散射信息的传感脉冲，将携带布里渊散射信息的传感脉冲发送给采集器105，进行数据分析与处理。
采集器105，接收到携带布里渊散射信息的传感脉冲后，存储布里渊散射信息。
采集器105接收第一环形器103发送的携带布里渊散射信息的传感脉冲后，进行数据处理，提取并存储布里渊散射信息。
本发明实施例提供的光纤探测***中，将传感脉冲通过第二环形器返回到传感光纤中，与泵浦脉冲发送受激布里渊散射作用，获得布里渊散射信息，从而测得温度或应力信息。采用同一个激光器发送，保证传感脉冲和泵浦脉冲的频率同步，另外，不必引入引导光纤，可利用整根光纤检测温度和应力信息等，节省了光纤，降低传感成本。再次，本发明实施例中，采用第二环形器将传感脉冲发送到传感光纤中，使传感脉冲与泵浦脉冲进行SBS作用，这里的传感脉冲是通过激光器产生的，其功率大于连续光的后向瑞利散射后得到的传感脉冲，因此提高了传感距离，提高了携带SBS信息的传感脉冲的信噪比。
一个实施例中，采集器105，包括：掺铒光纤放大器、第二滤波器、光电探测器和采集卡；如图4所示，图4为本发明实施例提供的采集器的一种结构图。
掺铒光纤放大器，用于将携带布里渊散射信息的传感脉冲进行放大处理，得到放大传感脉冲。
由于携带布里渊散射信息的传感脉冲信号较微弱，掺铒光纤放大器把携带布里渊散射信息的传感脉冲进行放大处理，得到放大的传感脉冲，便于进行滤波和数据采集处理。
第二滤波器，用于对放大传感脉冲进行滤波处理，得到放大传感脉冲的一个边带。
放大的传感脉冲是双边带信号，双边带中上边带和下边带包含的信息相同，第二滤波器将放大传感脉冲进行滤波处理，得到放大传感脉冲的一个边带，可以节省频带，提高***的功率和频带的利用率。
光电探测器，用于将边带转化为电信号，得到携带布里渊散射信息的电信号。
放大传感脉冲的一个边带是光信号，光电探测器将边带光信号转化为电信号，得到携带布里渊散射信息的电信号，便于采集卡进行数据采集处理。
采集卡，用于收集携带布里渊散射信息的电信号，存储布里渊散射信息。
采集卡收集携带布里渊散射信息的电信号，进行数据分析处理，提取出布里渊散射信息，并存储布里渊散射信息。
一个示例中，如图5所示，图5为本发明实施例提供的传感光纤末端的布里渊增益谱的一种示意图，折线表示采样卡实际采集到的布里渊增益谱，光滑曲线表示经过洛伦兹拟合后的布里渊增益谱，横坐标轴表示布里渊频移，单位为GHz，纵坐标轴表示传感脉冲的幅度，单位为V。这里布里渊增益谱可理解为布里渊散射信息。洛伦兹拟合后的布里渊增益谱的最高点对应的布里渊频移为10.999GHz，与传感光纤的布里渊频移11GHz吻合，误差可以忽略，说明该光纤探测***测量结果准确。
一个实施例中，本发明提供的光纤探测***还包括衰减器106，如图6所示，图6为本发明实施例提供的光纤探测***的第二种架构图。
第二环形器104，还用于接收泵浦脉冲；将泵浦脉冲发送至衰减器。
第二环形器104接收传感光纤102传输的泵浦脉冲，将泵浦脉冲发送到衰减器106，以使泵浦脉冲和传感脉冲分离。
衰减器106，用于对泵浦脉冲进行衰减处理。
衰减器106将第二环形器104发送的泵浦脉冲进行衰减处理，泵浦脉冲不会再返回到传感光纤102中，避免影响正向传输的泵浦脉冲和反向传输的传感脉冲进行受激布里渊散射作用。
另一个实施例中，本发明提供的光纤探测***还包括衰减器106和第一滤波器107，如图7所示，图7为本发明实施例提供的光纤探测***的第三种架构图。
第二环形器104，还用于将传感脉冲和泵浦脉冲发送至第一滤波器。
第二环形器104将传感脉冲和泵浦脉冲发送到第一滤波器107，进行滤波分离。
第一滤波器107，用于对传感脉冲和泵浦脉冲进行滤波处理，将泵浦脉冲发送至衰减器106，将传感脉冲发送至第二环形器104。
第一滤波器107根据波长将第二环形器104发送的传感脉冲和泵浦脉冲进行滤波处理，把泵浦脉冲和传感脉冲分离，传感脉冲通过第一滤波器107发送到第二环形器104，泵浦脉冲通过第一滤波器107发送到衰减器106进行衰减处理。
衰减器106，用于对泵浦脉冲进行衰减处理。
衰减器106接收第一滤波器107发送的泵浦脉冲，将泵浦脉冲进行衰减处理。泵浦脉冲不会再返回到传感光纤102中，避免影响正向传输的泵浦脉冲和反向传输的传感脉冲进行受激布里渊散射作用。
在本发明的一个实施例中，第二环形器104，包括四个端口；如图8所示，图8为本发明实施例提供的第二环形器的一种结构图。
第二环形器，用于通过第一端口接收传感光纤传输的传感脉冲和泵浦脉冲；
第二环形器，用于通过第二端口向第一滤波器发送传感脉冲和泵浦脉冲，接收第一滤波器发送的泵浦脉冲；
第二环形器，用于通过第三端口向衰减器发送泵浦脉冲；
第二环形器，用于通过第四端口接收第一滤波器发送的传感脉冲，通过第一端口向第一环形器发送传感脉冲。
一个实施例中，如图9所示，图9为本发明实施例提供的光纤探测***的一种示意图。激光器输出一个1550nm的连续脉冲，被90:10的耦合器分为上下两个支路。在传感脉冲支路上，微波源产生的射频信号驱动电光调制器，调整电光调制器的偏置电压对传感脉冲支路上的连续脉冲进行抑制载波的双边带调制，得到双边带的连续脉冲，脉冲源产生脉宽为1ms的电脉冲驱动光开关，将双边带的连续脉冲调制为脉宽为1ms的双边带的光脉冲，偏振开关消除脉宽为1ms的双边带的光脉冲中的偏振噪声，得到脉宽为1ms的传感脉冲。在泵浦脉冲支路上，脉冲源产生一个脉宽为20ns的电脉冲，相对传感脉冲支路上的电脉冲延时一个传感脉冲的脉宽1ms发送，驱动半导体光放大器将泵浦脉冲支路上的连续脉冲调制为脉宽为20ns的光脉冲，掺铒光纤放大器1对脉宽为20ns的光脉冲进行放大处理，得到脉宽为20ns的泵浦脉冲，传感脉冲和泵浦脉冲经过50:50耦合器后，通过环形器1进入传感光纤，传感光纤传输传感脉冲和泵浦脉冲，通过环形器2第一端口进入环形器2，通过环形器2第二端口进入第一滤波器，第一滤波器根据波长将传感脉冲和泵浦脉冲滤波分离，传感脉冲是低频率长波长，泵浦脉冲是高频率短波长，第一滤波器可以是带通滤波器，预先将通带设置为传感脉冲的波长，只允许传感脉冲通过，所以泵浦脉冲返回到环形器2，并通过环形器2第三端口进入衰减器，进行衰减处理，传感脉冲通过第一滤波器进入环形器2第四端口，并从第一端口返回到传感光纤，与传感光纤中正向传输的泵浦脉冲进行受激布里渊散射作用，得到携带布里渊散射信息的传感脉冲，携带布里渊散射信息的传感脉冲通过环形器1进入掺铒光纤放大器2进行放大处理，得到放大传感脉冲，第二滤波器对放大传感脉冲进行滤波处理，得到放大传感脉冲的一个边带，光电探测器将边带转化为携带布里渊散射信息的电信号，采集卡收集并存储布里渊散射信息。
与光纤探测***实施例对应，本发明实施例还提供了一种光纤探测方法，如图10所示，图10为本发明实施例提供的光纤探测方法的一种流程图。该光纤探测方法可以应用于光纤探测***，光纤探测***包括：激光器、传感光纤、第一环形器、第二环形器和采集器。该光纤探测方法包括如下步骤。
步骤1001，激光器向第一环形器发送传感脉冲和泵浦脉冲，传感脉冲的发送时间早于泵浦脉冲的发送时间，传感脉冲和泵浦脉冲之间的时延为一个传感脉冲脉宽。
步骤1002，第一环形器通过传感光纤传输传感脉冲和泵浦脉冲。
步骤1003，第二环形器接收到传感脉冲后，通过传感光纤向第一环形器发送传感脉冲，以使传感脉冲与泵浦脉冲在传感光纤中发生受激布里渊散射作用，得到携带布里渊散射信息的传感脉冲。
步骤1004，第一环形器接收到携带布里渊散射信息的传感脉冲后，向采集器发送携带布里渊散射信息的传感脉冲。
步骤1005，采集器接收到携带布里渊散射信息的传感脉冲后，存储布里渊散射信息。
一个实施例中，上述采集器，包括：掺铒光纤放大器、第二滤波器、光电探测器和采集卡；
掺铒光纤放大器将携带布里渊散射信息的传感脉冲进行放大处理，得到放大传感脉冲；
第二滤波器对放大传感脉冲进行滤波处理，得到放大传感脉冲的一个边带；
光电探测器将边带转化为电信号，得到携带布里渊散射信息的电信号；
采集卡收集携带布里渊散射信息的电信号，存储布里渊散射信息。
一个实施例中，上述光纤探测***还包括衰减器，上述光纤探测方法还包括：
第二环形器接收泵浦脉冲；将泵浦脉冲发送至衰减器；
衰减器对泵浦脉冲进行衰减处理。
另一个实施例中，上述光纤探测***还包括第一滤波器和衰减器，上述光纤探测方法还包括：
第二环形器将传感脉冲和泵浦脉冲发送至第一滤波器；
第一滤波器对传感脉冲和泵浦脉冲进行滤波处理，将泵浦脉冲发送至衰减器，将传感脉冲发送至第二环形器。
一个实施例中，上述第二环形器，包括四个端口；
第二环形器通过第一端口接收传感光纤传输的传感脉冲和泵浦脉冲；
第二环形器通过第二端口向第一滤波器发送传感脉冲和泵浦脉冲，接收第一滤波器发送的泵浦脉冲；
第二环形器通过第三端口向衰减器发送泵浦脉冲；
第二环形器通过第四端口接收第一滤波器发送的传感脉冲，通过第一端口向第一环形器发送传感脉冲。
本发明实施例提供的光纤探测***中，将传感脉冲通过第二环形器返回到传感光纤中，与泵浦脉冲发送受激布里渊散射作用，获得布里渊散射信息，从而测得温度或应力信息。采用同一个激光器发送，保证传感脉冲和泵浦脉冲的频率同步，另外，不必引入引导光纤，可利用整根光纤检测温度和应力信息等，节省了光纤，降低传感成本。再次，本发明实施例中，采用第二环形器将传感脉冲发送到传感光纤中，使传感脉冲与泵浦脉冲进行SBS作用，这里的传感脉冲是通过激光器产生的，其功率大于连续光的后向瑞利散射后得到的传感脉冲，因此提高了传感距离，提高了携带SBS信息的传感脉冲的信噪比。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于方法实施例而言，由于其基本相似于***实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见***实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种光纤探测***，其特征在于，所述光纤探测***包括：激光器、传感光纤、第一环形器、第二环形器和采集器；
所述激光器，用于向所述第一环形器发送传感脉冲和泵浦脉冲，所述传感脉冲的发送时间早于所述泵浦脉冲的发送时间，所述传感脉冲和泵浦脉冲之间的时延为一个传感脉冲脉宽；
所述第一环形器，用于通过所述传感光纤传输所述传感脉冲和泵浦脉冲；
所述第二环形器，用于接收到所述传感脉冲后，通过所述传感光纤向所述第一环形器发送所述传感脉冲，以使所述传感脉冲与所述泵浦脉冲在所述传感光纤中发生受激布里渊散射作用，得到携带布里渊散射信息的传感脉冲；
所述第一环形器，用于接收到所述携带布里渊散射信息的传感脉冲后，向所述采集器发送所述携带布里渊散射信息的传感脉冲；
所述采集器，用于接收到所述携带布里渊散射信息的传感脉冲后，存储所述布里渊散射信息；
所述光纤探测***还包括：衰减器；
所述第二环形器，还用于接收所述泵浦脉冲；将所述泵浦脉冲发送至所述衰减器；
所述衰减器，用于对所述泵浦脉冲进行衰减处理。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述光纤探测***还包括：第一滤波器；
所述第二环形器，还用于将所述传感脉冲和所述泵浦脉冲发送至所述第一滤波器；
所述第一滤波器，用于对所述传感脉冲和泵浦脉冲进行滤波处理，将所述泵浦脉冲发送至所述衰减器，将所述传感脉冲发送至所述第二环形器。
3.根据权利要求2所述的***，其特征在于，所述第二环形器，包括四个端口；
所述第二环形器，用于通过第一端口接收所述传感光纤传输的所述传感脉冲和泵浦脉冲；
所述第二环形器，用于通过第二端口向所述第一滤波器发送所述传感脉冲和泵浦脉冲，接收所述第一滤波器发送的所述泵浦脉冲；
所述第二环形器，用于通过第三端口向所述衰减器发送所述泵浦脉冲；
所述第二环形器，用于通过第四端口接收所述第一滤波器发送的所述传感脉冲，通过所述第一端口向所述第一环形器发送所述传感脉冲。
4.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述采集器，包括：掺铒光纤放大器、第二滤波器、光电探测器和采集卡；
所述掺铒光纤放大器，用于将所述携带布里渊散射信息的传感脉冲进行放大处理，得到放大传感脉冲；
所述第二滤波器，用于对所述放大传感脉冲进行滤波处理，得到所述放大传感脉冲的一个边带；
所述光电探测器，用于将所述边带转化为电信号，得到携带布里渊散射信息的电信号；
所述采集卡，用于收集所述携带布里渊散射信息的电信号，存储所述布里渊散射信息。
5.一种光纤探测方法，其特征在于，应用于光纤探测***，所述光纤探测***包括：激光器、传感光纤、第一环形器、第二环形器和采集器；所述光纤探测方法包括：
所述激光器向所述第一环形器发送传感脉冲和泵浦脉冲，所述传感脉冲的发送时间早于所述泵浦脉冲的发送时间，所述传感脉冲和泵浦脉冲之间的时延为一个传感脉冲脉宽；
所述第一环形器通过所述传感光纤传输所述传感脉冲和泵浦脉冲；
所述第二环形器接收到所述传感脉冲后，通过所述传感光纤向所述第一环形器发送所述传感脉冲，以使所述传感脉冲与所述泵浦脉冲在所述传感光纤中发生受激布里渊散射作用，得到携带布里渊散射信息的传感脉冲；
所述第一环形器接收到所述携带布里渊散射信息的传感脉冲后，向所述采集器发送所述携带布里渊散射信息的传感脉冲；
所述采集器接收到所述携带布里渊散射信息的传感脉冲后，存储所述布里渊散射信息；
所述光纤探测***还包括衰减器，所述光纤探测方法还包括：
所述第二环形器接收所述泵浦脉冲；将所述泵浦脉冲发送至所述衰减器；
所述衰减器对所述泵浦脉冲进行衰减处理。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述光纤探测***还包括第一滤波器，所述光纤探测方法还包括：
所述第二环形器将所述传感脉冲和所述泵浦脉冲发送至所述第一滤波器；
所述第一滤波器对所述传感脉冲和泵浦脉冲进行滤波处理，将所述泵浦脉冲发送至所述衰减器，将所述传感脉冲发送至所述第二环形器。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第二环形器，包括四个端口；
所述第二环形器通过第一端口接收所述传感光纤传输的所述传感脉冲和泵浦脉冲；
所述第二环形器通过第二端口向所述第一滤波器发送所述传感脉冲和泵浦脉冲，接收所述第一滤波器发送的所述泵浦脉冲；
所述第二环形器通过第三端口向所述衰减器发送所述泵浦脉冲；
所述第二环形器通过第四端口接收所述第一滤波器发送的所述传感脉冲，通过所述第一端口向所述第一环形器发送所述传感脉冲。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述采集器，包括：掺铒光纤放大器、第二滤波器、光电探测器和采集卡；
所述掺铒光纤放大器将所述携带布里渊散射信息的传感脉冲进行放大处理，得到放大传感脉冲；
所述第二滤波器对所述放大传感脉冲进行滤波处理，得到所述放大传感脉冲的一个边带；
所述光电探测器将所述边带转化为电信号，得到携带布里渊散射信息的电信号；
所述采集卡收集所述携带布里渊散射信息的电信号，存储所述布里渊散射信息。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910870400.0A CN110487309B (zh) | 2019-09-16 | 2019-09-16 | 一种光纤探测方法及*** |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910870400.0A CN110487309B (zh) | 2019-09-16 | 2019-09-16 | 一种光纤探测方法及*** |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110487309A CN110487309A (zh) | 2019-11-22 |
| CN110487309B true CN110487309B (zh) | 2020-08-21 |
Family
ID=68558105
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910870400.0A Active CN110487309B (zh) | 2019-09-16 | 2019-09-16 | 一种光纤探测方法及*** |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110487309B (zh) |
Family Cites Families (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101852655B (zh) * | 2010-04-13 | 2012-04-18 | 中国计量学院 | 分布式光纤拉曼、布里渊散射传感器 |
| CN102322806B (zh) * | 2011-08-01 | 2013-08-07 | 杭州欧忆光电科技有限公司 | 一种混沌激光相关布里渊光时域分析器 |
| CN102967371B (zh) * | 2012-11-30 | 2015-04-22 | 哈尔滨理工大学 | 泵浦-探测法非扫描式测量布里渊增益谱的装置及方法 |
| CN102997949B (zh) * | 2012-12-18 | 2015-06-24 | 华北电力大学（保定） | 基于布里渊散射的温度和应变同时测量方法 |
| CN105784190B (zh) * | 2014-12-23 | 2019-10-18 | 北京邮电大学 | 一种基于受激布里渊效应的差分式温度传感器 |
| CN104792343B (zh) * | 2015-05-08 | 2017-09-01 | 广西师范大学 | 一种单端结构动态测量的布里渊光纤传感***与传感方法 |
| CN104993358B (zh) * | 2015-07-07 | 2018-07-10 | 中国科学院半导体研究所 | 基于受激布里渊散射的单边带光载微波信号产生装置 |
| CN105675031B (zh) * | 2016-01-23 | 2017-09-15 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 基于预泵浦脉冲和格雷码编码的布里渊光时域分析仪 |
| CN105675032B (zh) * | 2016-02-19 | 2018-04-24 | 鞍山睿科光电技术有限公司 | 实时动态分布式布里渊光纤传感装置及方法 |
| CN105783758B (zh) * | 2016-04-07 | 2018-06-08 | 华北电力大学（保定） | 一种自外差单端矢量botda动态应变测量方法及装置 |
| CN107607135B (zh) * | 2017-09-19 | 2019-10-08 | 太原理工大学 | 一种混沌布里渊光时域/相干域融合分析装置及方法 |
| CN207515951U (zh) * | 2017-11-28 | 2018-06-19 | 南方科技大学 | 基于布里渊动态光栅的分布式液压传感器*** |
| CN108917804A (zh) * | 2018-09-03 | 2018-11-30 | 哈尔滨工业大学 | 基于啁啾链的快速长距离分布式布里渊光纤传感装置 |
| CN109781154B (zh) * | 2019-02-14 | 2021-06-22 | 哈尔滨工业大学 | 基于强度调制的高空间分辨率的布里渊相关域分析*** |
-
2019
- 2019-09-16 CN CN201910870400.0A patent/CN110487309B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110487309A (zh) | 2019-11-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107607135B (zh) | 一种混沌布里渊光时域/相干域融合分析装置及方法 | |
| JP6698164B2 (ja) | 周波数合成に基づいた光周波数領域反射方法及びシステム | |
| CN105490738B (zh) | 基于频率合成的光频域反射方法及*** | |
| KR101174223B1 (ko) | 광선로 감시 시스템 및 그 시스템에 포함되는 감시 장치 | |
| CN113447110B (zh) | 一种分布式光纤振动传感***及其相位载波解调方法 | |
| CN105784195A (zh) | 单端混沌布里渊光时域分析的分布式光纤传感装置及方法 | |
| CN101893475B (zh) | 一种基于光纤延时线的分布式光纤振动传感*** | |
| US8081306B2 (en) | Method and system for localizing an attenuation change location in an optical waveguide | |
| CN105783762A (zh) | 混沌相关法定位的布里渊分布式光纤传感装置及方法 | |
| CN104236697A (zh) | 一种基于波分复用的分布式光纤振动检测方法及*** | |
| CN106768277B (zh) | 一种分布式光纤振动传感装置的解调方法 | |
| CN105784190B (zh) | 一种基于受激布里渊效应的差分式温度传感器 | |
| CN111721338B (zh) | 一种泵浦光高低频交替调制的布里渊光时域分析*** | |
| CN104697558A (zh) | 光纤分布式多参量传感测量*** | |
| CN113049014B (zh) | 一种基于泵浦光扫频的时频复用botda***及传感方法 | |
| CN103175555B (zh) | 一种基于多机理融合的多参量分布式光纤传感器 | |
| CN104596632A (zh) | 一种可增强长距离探测的分布式光纤振动传感器及方法 | |
| CN112697180B (zh) | 一种温度和振动同时测量的融合型分布式光纤传感***及方法 | |
| CN110806259A (zh) | 一种用于光纤传感高频扰动定位与检测的装置 | |
| CN110487309B (zh) | 一种光纤探测方法及*** | |
| CN109781156B (zh) | 基于布里渊增益谱调制的botda***及其传感方法 | |
| US20020048061A1 (en) | Method and apparatus for improving the signal quality of a modulated optical transmission signal | |
| CN102841355A (zh) | 基于微波光子学的飞秒测距激光雷达数据测量装置及方法 | |
| CN115452018A (zh) | 一种基于脉冲自相干的光时域反射装置及方法 | |
| CN113810098A (zh) | 一种基于双边带啁啾脉冲调制的光时域反射计 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |