专利名称：一种同时测量温度和应变的分布式光纤传感装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及ー种分布式光纤传感測量装置，尤其是涉及ー种同时測量温度和应变的分布式光纤传感装置。
背景技术：
光纤传感技术ー种新型的传感技术，具有测量精度高、抗电磁干扰、本质安全、分布式測量等优点，在电力、石化、结构、消防等领域具有广泛应用。基于布里渊散射的分布式光纤传感器是近年来发展迅速的光纤传感器，其通过检测光纤各位置背向自发或受激布里渊散射光相对入射光的频移量来实现分布式传感器对各种參数的測量，如对电缆的温度和应变的測量，尤其是基于受激布里渊散射效应的布里渊光时域分析仪(Brillouin OpticalDomain Analysis, B0TDA),米用环路光纤的光路结构，因受激散射信号被放大,测量距离可达数十公里，远高于其它类型的分布式光纤传感器，是目前分布式光纤传感器中最具应用 前景的ー种。但是，由于布里渊频移量对温度和应变同时敏感，且二者是线性相关的，因此在实际应用过程中会存在温度和应变交叉敏感的问题，因此很难从最终得到的布里渊频移量中分离出温度和应カ各自引起的变化量，严重阻碍了此类传感器的应用推广。目前已报道的能同时测量温度和应变的相关解决技术有以下几种I.散射光强度和频移的双參量法(J. Smith et al. , "Simultaneous distributedstrain and temperature measurement, "Appl. Opt, 38 :5372-5377, 1999):这类方法同时測量背向散射光強度和频移量，联立方程解出温度和应カ变化量。但布里渊光强度的測量限制了传感器的探测距离，而且光强度检测易受到外界扰动，光源输出功率抖动以及偏振态漂移等问题的影响。2·特殊光纤法(X. Bao, Q. Yu and L. Chen, "Simultaneous strain andtemperature measurements with polarization-maintaining Iibers and theirerror analysis by use of a distributed Brillouin loss system, 〃0pticsletters, 29(12) : 1342-1344，2004):这类方法采用保偏光纤、光子晶体光纤、大有效面积光纤等特殊光纤区分温度应カ两物理量，但由于特殊光纤大都价格昂贵，因此用于长距离传感应用成本过高。3.申请号为201010229960. 7的发明专利公开了一种使用分布式光纤传感器同时測量温度和应カ的装置和方法，将两根温度系数和应变系数不同的測量光纤并列设置，通过光开关切换装置的切換得到每根测量光纤的布里渊频移值，再联立方程即可同时得出温度和应カ变化量。但该方案需要实现4根光纤以实现2个光纤环路。4.专利号为US 7599047B2的美国专利公开了ー种新的装置和方法，采用折射率不同的两根光纤，将两根折射率不同光纤利用分路器连接或直接焊接在一起形成一个光纤环路，通过分别測量两光纤在同一位置的布里渊频移量，联立方程可同时解出该位置温度和应变变化量。但由于光纤存在损耗，光纤尾端的散射信号弱，从而导致布里渊频移测量噪声大，进而影响解调的温度和应变的測量精度，因此利用该方案可实现的測量距离有限。发明内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种适合长距离、高測量精度的能同时测量温度和应变的分布式光纤传感装置。本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为一种同时測量温度和应变的分布式光纤传感装置，包括布里渊光时域分析模块、探测光缆模块，还包括光开关模块，所述的布里渊光时域分析模块设置有脉冲激光输出端口和泵浦激光输出端ロ，所述的光开关模块设置有两个光信号输入端口和两个光信号输出端ロ，所述的探测光缆模块包含两根布里渊频移温度系数或者/和布里渊频移应变系数不同的第一单模光纤和第二单模光纤，所述的第一单模光纤和所述的第二单模光纤末端连接，所述的布里渊光时域分析模块的脉冲激光输出端口和所述的泵浦激光输出端ロ分别与所述的光开关模块的两个光信号输入端ロ连接，所述的光开关模块的两个光信号输出端ロ分别与所述的第一单模光纤和第二单模光纤的输入端连接。 所述的布里渊光时域分析模块是利用受激布里渊散射效应而制成的布里渊型连续分布式光纤传感器，该模块将脉冲激光和泵浦激光相向入射到光纤测量环路上，实现光纤分布式温度、应变测量。所述的探測光缆模块的第一单模光纤和第二单模光纤的始端作为探测光缆模块的输入端ロ，第一单模光纤和第二单模光纤的末端通过熔接或者适配器连接，使得第一单模光纤和第二单模光纤共同构成布里渊光时域分析模块的一个光纤測量环路。通过控制所述的光开关模块，使得布里渊光时域分析模块的脉冲激光选择先通过探測光缆模块的第一单模光纤还是先通过第二单模光纤。作为优选，所述的光开关可选择2X2光开关。与现有技术相比，本实用新型的优点在于通过ー个具有两个光信号输入端口和两个光纤输出端ロ的光开关模块的切换控制，分别实现两根具有不同布里渊偏移温度系数或者布里渊偏移应变系数的单模光纤的布里渊频移測量，通过联立方程得到沿探测光缆分布温度和应变值，从本质上解决了布里渊光时域分析模块温度与应变交叉敏感问题，结构简単。由于两根单模光纤的布里渊频移測量时均为光纤环路的前端，布里渊散射信号强，信噪比高，有效的保证了在远距离光纤探测时的测量精度，増加了光纤的有效测量距离。
图I为本实用新型一种同时測量温度和应变的分布式光纤传感装置结构图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本实用新型作进ー步详细描述。如图I所示，一种可同时测量温度和应变的分布式光纤传感装置，包括布里渊光时域分析模块1，光开关模块2和探測光缆模块3。其中布里渊光时域分析模块I采用受激布里渊散射效应研制的分布式光纤传感模块，本实例选用宁波诺驰光电自主研发的产品NTB-50，其设置有两个输出端ロ 11和12，其中端ロ 11输出脉冲激光(probe)，端ロ 12输出泵浦激光(pump)，脉冲激光和泵浦激光相向入射到传感光纤后，利用受激布里渊散射效应可实现沿光纤分布的布里渊频移量，从而可以实现分布式温度应变测量；光开关模块2采用2X2微机械光开关，其具有4个端ロ，分别为输入端ロ 21和22、输出端ロ 23和24，本实施中通过电路控制2X2微机械光开关可选择两种光路，分别为平行光路21 — 23,22 — 24以及交叉光路21 — 24,22 — 23 ;探測光缆模块3包含有两根具有不同类型的第一单模光纤31和第二单模光纤32，其中这两根单模光纤的一端33和34作为探测光缆模块3的两个输入端，分别与光开关模块2的输出端23和24相连,这两根光纤的另一端35和36利用光纤接续盒37熔接在一起，本实施例中第一单模光纤31选用美国Corning公司的G652光纤，该光纤的布里渊偏移温度系数和应变系数分别为1.23ΜΗΖ/Κ、0.050ΜΗΖ/μ ε，第二单模光纤32选用美国Corning公司的G655光纤,该光纤的布里渊偏移温度系数和应变系数分别为I. 51MHz/K、0. 053MHz/μ ε，第一单模光纤31和第二单模光纤32的布里渊频移温度系数和应变都不同。首先，通过电路控制开光开模块2，选择平行光路21 — 23和22 — 24，此时布里渊光时域分析模块I的端ロ 11输出的脉冲激光经光开关的端ロ 21和23，入射到探测光缆模块3的33端ロ，先经过第一单模光纤31 (G652光纤)，然后经端ロ 35、光纤接续盒37、端ロ36、第二单模光纤32 (G655光纤)以及光开关模块2的端ロ 24和22,最后入射到布里渊光 时域分析模块I的泵浦激光器端ロ 12，构成ー个完整的光纤回路。由于脉冲激光先经过第ー单模光纤31 (G652光纤)，因此光开关模块2处于平行光路时，測量得到的是第一单模光纤31 (G652光纤)的布里渊频移分布。其次，通过电路控制开光开模块2，选择交叉光路21 — 24和22 — 23，此时布里渊光时域分析模块I的端ロ 11输出的脉冲激光经光开关的端ロ 21和24，入射到探測光缆模块3的34端ロ，先经过第二单模光纤32 (G655光纤)，然后经端ロ 36、光纤接续盒37、端ロ35、第一单模光纤31 (G652光纤)以及光开关模块2的端ロ 23和22,最后入射到布里渊光时域分析模块I的泵浦激光器端ロ 12，构成ー个完整的光纤回路。由于脉冲激光先经过第ニ单模光纤32 (G655光纤)，因此光开关模块2处于交叉光路时，測量得到的是第二单模光纤32 (G655光纤)的布里渊频移分布。最后，利用第一单模光纤31 (G652光纤)和第二单模光纤32 (G655光纤)的布里渊频移分布以及这两种光纤的布里渊偏移温度系数和应变系数可计算得到沿探测光缆3分布的温度值T (Z)和应变值ε (ζ)則:气;⑶ホ)ベ(ζ)式中4、/tf分别为 I. 23ΜΗζ/Κ 和 I. 51MHz/K，rf、,分别为 O. 050ΜΗζ/ μ ε 和O.053ΜΗζ/μ ε 。本实施例采用两种具有不同布里渊偏移温度系数和应变系数的第一单模光纤31(G652光纤)和第二单模光纤32 (G655光纤)实现了温度和应变的同时测量，从本质上解决了布里渊光时域分析模块温度与应变交叉敏感问题，结构简单。并且由于采用了 2X2微机械光开关进行光路选择，保证了在測量第一单模光纤31 (G652光纤)和第二单模光纤32(G655光纤)的布里渊频移分布时待测光纤均处于光纤环路的前端，布里渊散射信号強度大，信噪比高， 从而保证了在远距离光纤探测时的测量精度，増加了光纤的有效测量距离。
权利要求1.一种同时測量温度和应变的分布式光纤传感装置，包括布里渊光时域分析模块、探测光缆模块，其特征在于在所述的布里渊光时域分析模块和所述的探測光缆模块之间设置有光开关模块，所述的布里渊光时域分析模块设置有脉冲激光输出端口和泵浦激光输出端ロ，所述的光开关模块设置有两个光信号输入端口和两个光信号输出端ロ，所述的探测光缆模块包含两根布里渊频移温度系数或者/和布里渊频移应变系数不同的第一单模光纤和第二单模光纤，所述的第一单模光纤和所述的第二单模光纤末端连接，所述的布里渊光时域分析模块的脉冲激光输出端口和所述的泵浦激光输出端ロ分别与所述的光开关模块的两个光信号输入端ロ连接，所述的光开关模块的两个光信号输出端ロ分别与所述的第一单模光纤和第二单模光纤的输入端连接。
2.如权利要求I所述的ー种同时測量温度和应变的分布式光纤传感装置，其特征在于所述的第一单模光纤和所述的第二单模光纤末端通过熔接或者光纤适配器连接。
3.如权利要求I所述的ー种同时測量温度和应变的分布式光纤传感装置，其特征在于通过控制所述的光开关模块，使得所述的布里渊光时域分析模块的脉冲激光选择先通过所述的第一单模光纤还是先通过所述的第二单模光纤。
专利摘要本实用新型公开了一种同时测量温度和应变的分布式光纤传感装置，包括布里渊光时域分析模块、探测光缆模块和光开关模块，布里渊光时域分析模块设置有脉冲激光输出端口和泵浦激光输出端口，光开关模块设置有两个光信号输入端口和两个光信号输出端口，探测光缆模块包含两根布里渊频移温度系数或者/和布里渊频移应变系数不同的单模光纤，两根单模光纤末端连接，脉冲激光输出端口和泵浦激光输出端口分别与光开关模块的两个光信号输入端口连接，光开关模块的两个光信号输出端口分别与两根单模光纤的输入端连接，通过光开关模块的切换控制，分别测量两根光纤的布里渊频移分布，从而实现探测光缆温度和应变的同时测量。
文档编号G01L1/24GK202648831SQ20122027556
公开日2013年1月2日 申请日期2012年6月8日 优先权日2012年6月8日
发明者刘航杰, 涂勤昌, 李浩泉, 阮祥磊, 戴世勋 申请人:宁波诺驰光电科技发展有限公司