一种分布式光纤温度应变传感装置的制作方法

1.本发明属于光纤传感技术领域，尤其涉及一种分布式光纤温度应变传感装置。


背景技术：

2.分布式光纤传感技术是一种新型的在线监测技术，它直接以单模光纤作为传感器，传、感合一，具有测量距离远、无测量盲区、测量精度高等技术优势。
3.其中基于拉曼散射效应的分布式光纤传感装置dts可以实现光纤沿线的温度测量，基于布里渊散射效应的分布式光纤传感装置botdr可以实现光纤沿线的温度、应变测量。由于botdr的温度、应变交叉敏感效应，无法准确分析是温度还是应变造成的异常，限制了botdr的实际应用。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于，为克服现有技术缺陷，提供了一种分布式光纤温度应变传感装置，通过联用botdr和dts，实现了传感光纤的温度、应变参量的在线监测。
5.本发明目的通过下述技术方案来实现：
6.一种分布式光纤温度应变传感装置，所述分布式光纤温度应变传感装置包括：第一激光器、第二激光器、第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、第三光纤耦合器、电光调制器、脉冲驱动器、扰偏器、光纤环形器、拉曼波分复用器、传感光纤、第一雪崩光电二极管探测模块、第二雪崩光电二极管探测模块、微波频率计、电控衰减器、2*2光纤耦合器、平衡探测模块和多通道数据采集系统；
7.所述第一激光器发出中心频率为f1的连续激光，经第一光纤耦合器分光，分光后一路连续激光进入光电调制器，脉冲驱动器加载于所述电光调制器之上将连续激光调制为脉冲激光，依次经扰偏器、光纤环形器、拉曼波分复用器后入射到传感光纤；第一光纤耦合器分光后的另一路连续激光进入第三光纤耦合器的输入端；
8.所述第二激光器发出中心频率为f2的连续激光，经第二光纤耦合器分光，分光后一路连续激光经电控衰减器进入2*2光纤耦合器，分光后另一路连续激光进入第三光纤耦合器的另一输入端；
9.其中，第二激光器的中心频率f2大于第一激光器的中心频率f1；
10.所述第三光纤耦合器的输出端与微波频率计相连，用于实现第一激光器和第二激光器的频率差的实时测量；
11.所述传感光纤的背向散射光包括拉曼散射光和布里渊散射光，其中，拉曼散射光经过拉曼波分复用器后分离出温度敏感的反斯托克斯光以及温度不敏感的斯托克斯光，并分别被第一雪崩光电二极管探测模块、第二雪崩光电二极管探测模块所探测；布里渊散射光经拉曼波分复用器和光纤环形器后，进入2*2光纤耦合器；
12.2*2光纤耦合器另一端与平衡探测模块相连，第一雪崩光电二极管探测模块、第二雪崩光电二极管探测模块和平衡探测模块的输出信号进入多通道数据采集系统，实现传感
光纤的温度和应变测量。
13.根据一个优选的实施方式，所述分布式光纤温度应变传感装置还包括第一掺铒光纤放大器，所述第一掺铒光纤放大器设置于第一电光调制器与扰偏器之间，用于实现对脉冲激光进行放大处理。
14.根据一个优选的实施方式，所述分布式光纤温度应变传感装置还包括第二掺铒光纤放大器，所述第二掺铒光纤放大器设置于光纤环形器与2*2光纤耦合器之间，用于实现对布里渊散射光的放大处理。
15.根据一个优选的实施方式，所述中心频率f2与中心频率f1之差为9～13ghz。
16.根据一个优选的实施方式，所述第一雪崩光电二极管探测模块、第二雪崩光电二极管探测模块用于拉曼散射光的直接探测，实现传感光纤温度测量。
17.根据一个优选的实施方式，所述平衡探测模块用于布里渊散射光的相干探测，实现传感光纤的布里渊频移测量。传感光纤的布里渊频率和温度、应变均相关，均成线性变换关系。结合拉曼散射光测量的温度，可以实现布里渊散射的温度、应变交叉敏感效应的解耦，实现传感光纤应变测量。
18.前述本发明主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本发明可采用并要求保护的方案。本领域技术人员在了解本发明方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本发明所要保护的技术方案，在此不做穷举。
19.本发明的有益效果：本发明分布式光纤温度应变传感装置联用了相干布里渊散射botdr和拉曼散射dts，解决了布里渊散射的温度、应变交叉敏感效应，实现了传感光纤的温度、应变参量的在线监测。
附图说明
20.图1是本发明分布式光纤温度应变传感装置的结构示意图。
具体实施方式
21.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
22.需要说明的是，为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
23.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
24.另外，本发明要指出的是，本发明中，如未特别写出具体涉及的结构、连接关系、位
置关系、动力来源关系等，则本发明涉及的结构、连接关系、位置关系、动力来源关系等均为本领域技术人员在现有技术的基础上，可以不经过创造性劳动可以得知的。
25.参考图1所示，本发明公开了一种分布式光纤温度应变传感装置，所述分布式光纤温度应变传感装置包括：第一激光器、第二激光器、第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、第三光纤耦合器、电光调制器、第一掺铒光纤放大器、第二掺铒光纤放大器、脉冲驱动器、扰偏器、光纤环形器、拉曼波分复用器、传感光纤、第一雪崩光电二极管探测模块、第二雪崩光电二极管探测模块、微波频率计、电控衰减器、2*2光纤耦合器、平衡探测模块和多通道数据采集系统。
26.第一激光器发出中心频率为f1的连续激光，经第一光纤耦合器分光，分光后一路连续激光进入光电调制器，脉冲驱动器加载于所述电光调制器之上将连续激光调制为脉冲激光。然后，脉冲激光依次经扰偏器、光纤环形器、拉曼波分复用器后入射到传感光纤。
27.优选地，所述第一掺铒光纤放大器设置于第一电光调制器与扰偏器之间，用于实现对脉冲激光进行放大处理。
28.第一光纤耦合器分光后的另一路连续激光进入第三光纤耦合器的输入端。
29.第二激光器发出中心频率为f2的连续激光，经第二光纤耦合器分光，分光后一路连续激光经电控衰减器进入2*2光纤耦合器，分光后另一路连续激光进入第三光纤耦合器的另一输入端。
30.其中，第二激光器的中心频率f2大于第一激光器的中心频率f1；并且两者之差约为9～13ghz。
31.第三光纤耦合器的输出端与微波频率计相连，用于实现第一激光器和第二激光器的频率差的实时测量。
32.传感光纤的背向散射光包括拉曼散射光和布里渊散射光，其中，拉曼散射光经过拉曼波分复用器后分离出温度敏感的反斯托克斯光以及温度不敏感的斯托克斯光，并分别被第一雪崩光电二极管探测模块、第二雪崩光电二极管探测模块所探测；布里渊散射光经拉曼波分复用器和光纤环形器后，进入2*2光纤耦合器。
33.优选地，所述第二掺铒光纤放大器设置于光纤环形器与2*2光纤耦合器之间，用于实现对布里渊散射光的放大处理。
34.2*2光纤耦合器另一端与平衡探测模块相连，第一雪崩光电二极管探测模块、第二雪崩光电二极管探测模块和平衡探测模块的输出信号进入多通道数据采集系统，本实施例中数据采集系统为4通道100msps数据采集系统，实现传感光纤的温度和应变测量。
35.其中，第一雪崩光电二极管探测模块、第二雪崩光电二极管探测模块用于拉曼散射光的反斯托克斯光和斯托克斯光的直接探测，并利用两者的比值，实现传感光纤温度测量。所述平衡探测模块用于布里渊散射光的相干探测，实现传感光纤的布里渊频移测量。而布里渊频移和传感光纤温度、应变相关，结合测得的温度，可以算出应变。
36.本发明分布式光纤温度应变传感装置联用了相干布里渊散射botdr和拉曼散射dts，解决了布里渊散射的温度、应变交叉敏感效应，实现了传感光纤的温度、应变参量的在线监测。
37.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。