一种基于布里渊散射双峰激励式监测仪的制作方法
【专利摘要】一种基于布里渊散射双峰激励式监测仪，在每一个周期内连续向传感光纤发送两个正弦正半周脉冲光，由单个声波产生的布里渊散射光会发生干涉，耦合器接收到的背向布里渊散射光是相互干涉的结果，再由本地振荡器发生振荡，测量频率分辨率和空间分辨率同时提高，解决了两者之间的矛盾。采用碳纤维对单模光纤封装，碳纤维间隙用环氧树脂浸润，形成单模光纤外涂敷层。本实用新型的有益效果是：提高布里渊频谱的强度，精确地得到布里渊频移，提高系统的空间分辨率和测量精度。碳纤维质量轻同时还具有高强度、耐腐蚀、高温、高压、疲劳等特性。由于碳纤维固化在光纤外部，使光纤只有轴向应变，径向应变近似为零，使得光纤测量灵敏度提高一倍多。
【专利说明】一种基于布里渊散射双峰激励式监测仪
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及测试计量领域，尤其涉及一种基于布里渊散射双峰激励式监测仪。
【背景技术】
[0002]电气化是现代社会发展水平的重要标志，电力作为基础能源与现代社会息息相关，电网安全维系国家安全。随着我国电力需求的快速增长，区域管理以及全国联网战略的实施，保证电网安全经济运行，提高能源利用效率已成为我国电力系统面临的关键性和紧迫性问题。
[0003]目前，布里渊传感器在电气化领域中应用广泛，最大优势是可以实现温度和应变的长距离分布式的测量，其空间分辨率可达厘米级，传感距离可达上百公里，但是目前普遍使用过程中，由布里渊系统中的微波光电调制器发出的脉冲信号为单峰脉冲，布里渊频谱测量的频率和分辨率此消彼长，相互矛盾，达不到同时提高的效果；而且输配电线遍布我国各地，在长期运行中受到雨雪、冰冻、日照、电磁感应、化学腐蚀以及电荷载流量等影响，会导致输配电线的负荷变化或老化，从而引起输配电线温度的变化、应力的变化。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的在于提供一种基于布里渊散射双峰激励式监测仪，采用双峰激励式脉冲信号，布里渊频谱测量的频率分辨率和空间分辨率同时提高，解决了两者之间的矛盾，而且单模光纤的四周用聚丙烯腈基碳纤维封装，碳纤维间隙用环氧树脂浸润，可以提高系统的空间分辨率和测量精度，包覆碳纤维的单模光纤还具有高强度、耐腐蚀、耐高温、耐高压、耐疲劳、抗氢扰等特性。
[0005]为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案实现:
[0006]一种基于布里渊散射双峰激励式监测仪，包括半导体激光器、耦合器一、耦合器二、稱合器三、偏振控制器一、偏振控制器二、微波光电调制器、光电探测器、脉冲发生器、微波混频器、本地振荡器、匹配滤波器、信息采集与处理器、单模光纤，所述的半导体激光器与率禹合器一的输入端连接，稱合器一的一个输出端与偏振控制器一连接，偏振控制器一与微波光电调制器连接，脉动发生器设置在微波光电调制器上，微波光电调制器与耦合器二的一个输入端连接，耦合器二的一个输出端与单模光纤连接，耦合器二的另一输出端与耦合器三的一个输入端连接；
[0007]稱合器一的另一个输出端与偏振控制器二连接，偏振控制器二与稱合器三的另一个输入端连接，耦合器三的输出端与光电探测器、微波混频器、匹配滤波器、信息采集与处理器依次连接，本地振荡器设置在微波混频器上。
[0008]所述的光电探测器为PbSe探测器。
[0009]所述的半导体激光器光源中心波长是1550nm。
[0010]利用布里渊监测仪进行传感信号监测的方法，步骤如下:
[0011]由半导体激光器发出的连续光经过耦合器一分成两路，一路光作为本振光，经过偏振控制器二，到达耦合器三；另一路光经偏振控制器一后，由微波光电调制器的脉冲发生器作用调制成双正弦脉动光，双正弦脉动光波之间的时间间隔设定在小于一个声子寿命时间，脉动光波经稱合器二进入单模光纤，产生的背向布里渊散射光进入稱合器三与本振光进行相干检测，相干后高频信号通过光电探测器、微波混频器、本地振荡器和匹配滤波器进行下变频，再通过匹配滤波器进入信息采集与处理器。
[0012]所述的微波光电调制器产生的脉冲光为脉动周期1.5ns，脉动间隔4ns的双峰正弦脉动信号，实现了空间分辨率15cm，温度/应力测量精度为±0.5°C/+15 μ ε的测量。
[0013]所述的微波光电调制器产生的脉冲光为正弦正半周脉冲光。
[0014]所述的单模光纤为G.625单模光纤，在光纤的四周用Φ 10 μ m的聚丙烯腈PAN基碳纤维封装，碳纤维间隙用环氧树脂浸润，由此形成单模光纤外涂敷层。
[0015]与现有的技术相比，本实用新型的有益效果是:
[0016](I)采用相关双峰激励技术，提高布里渊频谱的强度。利用布里渊频谱的振荡特性，精确地得到布里渊频移；在充分利用散射光的强相干性的同时，采用外差相干法检测布里渊频移信号，提高系统的空间分辨率和测量精度。
[0017](2)碳纤维质量很轻，用它封装的光纤传感器适合敷设在架空电力线上，同时碳纤维还具有高强度、耐腐蚀、耐高温、耐高压、耐疲劳、抗氢扰等特性。由于碳纤维固化在光纤外部，使光纤只有轴向应变，径向应变近似为零，使得光纤测量灵敏度提高一倍多。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是本实用新型双峰激励式布里渊传感原理图。
[0019]图2是包覆碳纤维的单模光纤剖面图。
[0020]1-半导体激光器2-稱合器一 3-偏振控制器一 4-偏振控制器二 5-微波光电调制器6-脉冲发生器7-耦合器二 8-单模光纤9-耦合器三10-光电探测器11-微波混频器12-本地振荡器13-匹配滤波器14-信息采集与处理器15-碳纤维16-环氧树脂
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图对本实用新型的【具体实施方式】进一步说明:
[0022]如图1所示，一种基于布里渊散射双峰激励式监测仪，由半导体激光器1、耦合器一 2、偏振控制器一 3、偏振控制器二 4、微波光电调制器5、脉冲发生器6、稱合器二 7、单模光纤8耦合器三9、光电探测器10、微波混频器11、本地振荡器12、匹配滤波器13、信息采集与处理器14组成，所述的半导体激光器I与耦合器一 2的输入端连接，耦合器一 2的一个输出端与偏振控制器一 3连接,偏振控制器一 3与微波光电调制器5连接,脉动发生器6设置在微波光电调制器5上,微波光电调制器5与稱合器二 7的一个输入端连接,稱合器二 7的一个输出端与单模光纤8连接，耦合器二 7的另一输出端与耦合器三9的一个输入端连接；
[0023]稱合器一 2的另一个输出端与偏振控制器二 4连接,偏振控制器二 4与稱合器三9的另一个输入端连接，耦合器三9的输出端与光电探测器10、微波混频器11、匹配滤波器
13、信息采集与处理器14依次连接，本地振荡器12设置在微波混频器11上。光电探测器10为PbSe探测器。半导体激光器I光源中心波长是1550nm。
[0024]利用所述的布里渊监测仪进行传感信号监测的方法，具体过程如下:
[0025]由半导体激光器I发出的连续光经过耦合器一 2分成两路，一路光作为本振光，经过偏振控制器二 4，到达耦合器三9 ;另一路光经偏振控制器一 3后，由微波光电调制器5的脉冲发生器6作用调制成双正弦脉动光,双正弦脉动光波之间的时间间隔设定在小于一个声子寿命时间，脉动光波经稱合器二 7进入单模光纤8,产生的背向布里渊散射光进入f禹合器三9与本振光进行相干检测，相干后高频信号通过光电探测器10、微波混频器11、本地振荡器12和匹配滤波器13进行下变频，再通过匹配滤波器13进入信息采集与处理器14。
[0026]微波光电调制器5产生的脉冲光为脉动周期1.5ns，脉动间隔4ns的双峰正弦脉动信号，实现了空间分辨率15cm，温度/应力测量精度为±0.5°C/+15 μ ε的测量。微波光电调制器5产生的脉冲光为正弦正半周脉冲光。
[0027]所述的单模光纤8为G.625单模光纤，在光纤的四周用Φ 10 μ m的聚丙烯腈PAN基碳纤维15封装，碳纤维间隙用环氧树脂16浸润，由此形成单模光纤8外涂敷层。
[0028]在每一个周期内连续向传感光纤发送两个正弦正半周脉冲光，由单个声波产生的布里渊散射光会发生干涉，耦合器三9接收到的背向布里渊散射光是相互干涉的结果，再由本地振荡器发生振荡,测量频率分辨率和空间分辨率同时提高,解决了两者之间的矛盾。
[0029]偏振控制器能保证输入光的偏振方向与其透光轴重合，使得入射光全部进入微波光电调制器；偏振控制器还能抑制偏振起伏，减小因偏振不匹配引起的信号起伏，相干后高频信号通过光电探测器、微波混频器、本地振荡器和匹配滤波器进行下变频，再通过匹配滤波器进入信息采集与处理器，最终监测出温度与应力的数据。
[0030]采用相关双峰激励技术，提高布里渊频谱的强度。利用布里渊频谱的振荡特性，精确地得到布里渊频移；在充分利用散射光的强相干性的同时，采用外差相干法检测布里渊频移信号，提高系统的空间分辨率和测量精度。
【权利要求】
1.一种基于布里渊散射双峰激励式监测仪，包括半导体激光器、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、微波光电调制器、光电探测器、脉冲发生器、微波混频器、本地振荡器、匹配滤波器、信息采集与处理器、单模光纤，其特征在于: 所述的半导体激光器与稱合器一的输入端连接，稱合器一的一个输出端与偏振控制器一连接，偏振控制器一与微波光电调制器连接，脉动发生器设置在微波光电调制器上，微波光电调制器与耦合器二的一个输入端连接，耦合器二的一个输出端与单模光纤连接，耦合器二的另一输出端与稱合器三的一个输入端连接； 耦合器一的另一个输出端与偏振控制器二连接，偏振控制器二与耦合器三的另一个输入端连接，耦合器三的输出端与光电探测器、微波混频器、匹配滤波器、信息采集与处理器依次连接，本地振荡器设置在微波混频器上。
2.根据权利要求1所述的一种基于布里渊散射双峰激励式监测仪，其特征在于，所述的光电探测器为PbSe探测器。
3.根据权利要求1所述的一种基于布里渊散射双峰激励式监测仪，其特征在于，所述的半导体激光器光源中心波长是1550nm。
4.根据权利要求1所述的一种基于布里渊散射双峰激励式监测仪，其特征在于，所述的单模光纤为G.625单模光纤，在光纤的四周用Φ 10 μ m的聚丙烯腈PAN基碳纤维封装，碳纤维间隙用环氧树脂浸润，由此形成单模光纤外涂敷层。
【文档编号】G01D5/353GK204007656SQ201420391622
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年7月15日 优先权日:2014年7月15日
【发明者】马鹏程 申请人:鞍山鹏泽伟业科技有限公司