本发明属于光纤传感技术领域，更具体地说，是涉及一种多参量分布式光纤传感装置。
背景技术
分布式光纤传感技术在光纤表征、故障定位以及光纤环境温度、应力和振动等的监测方面具有重要应用。光时域反射技术、光时域分析技术、光频域分析技术是分布式光纤传感技术中的几种常用技术，但是，每种技术对应的光纤传感参量较少，难以满足实际监测应用中对多种环境参量的监测需求。比如，基于光时域反射技术的光时域反射仪只能对光纤进行表征，如色散测量、损耗测量以及光纤故障定位等，而不能对光纤环境的温度和应力等进行监测。布里渊光时域反射仪虽然能实现温度、应力监测以及光纤故障定位等，但很难用于光纤表征和色散测量，而且它难以获得亚米量级的空间分辨率和高的温度、应力分辨率。布里渊光时域分析技术与布里渊光时域反射技术相比可以获得高的空间分辨率和温度、应力分辨率，但需要分别从被测光纤的两端注入泵浦光和连续光，一旦被测光纤断裂，测量系统将无法工作。
目前分布式光纤传感器已在电力、石化、交通、土木和航天等领域得到了广泛应用。但是随着各行业生产安全要求的提高，功能单一的分布式光纤传感器已不能满足需要，用户为了更全面地了解工程安全状况，往往需要同时对温度、振动、和应变等参量进行全方位实时监控，一般需要配备至少两套不同的分布式光纤传感器才能满足要求，不但设备投资成本大，而且也浪费了大量的光纤资源。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种多参量分布式光纤传感装置，旨在解决现有技术中同时对温度、振动、应变等参量监控时需配备多套分布式光纤传感器导致的设备投资成本高以及光纤资源浪费的问题。
为实现上述目的，本发明实施例提供一种多参量分布式光纤传感装置，包括：激光器、第一耦合器、第二耦合器、第一光调制器、光纤放大器、第三耦合器、扰偏器、光环形器、波分复用器、光滤波器、第二光调制器、第四耦合器、第一光电探测器、单边调制器、第五耦合器、第二光电探测器、数据采集处理模块、探测光纤；
所述激光器发出的窄带激光进入所述第一耦合器后分成两路光信号；一路进入所述第二耦合器的输入端，另一路作为第一参考光进入所述第二光调制器的输入端；所述第二耦合器将入射光分为两路，一路作为第一探测光进入所述第一光调制器进行调制，另一路进入所述单边调制器进行单边调制后通过所述第五耦合器分为两路光信号，一路为第二探测光，另一路为第二参考光；所述第一探测光通过所述第一光调制器与所述光纤放大器进入所述第三耦合器的一个输入端，所述第二探测光进入所述第三耦合器的另一个输入端；所述第三耦合器的输出端通过所述扰偏器连接所述光环行器的a端所述光环形器的b端连接所述探测光纤，所述光环行器的c端连接所述波分复用器的输入端，所述光环形器用于将被所述扰偏器扰乱偏振态后的所述第一探测光与所述第二探测光输入到所述探测光纤，还用于输出在所述探测光纤产生的后向散射光到所述波分复用器；
所述波分复用器的第一输出端用于输出布里渊散射光，所述布里渊散射光通过所述光滤波器滤波后进入所述第四耦合器的一个输入端，所述第一参考光通过所述第二光调制器调制后进入所述第四耦合器的另一个输入端，所述第四耦合器的输出端通过所述第一光电探测器连接所述数据采集处理模块；所述波分复用器的第二输出端用于输出瑞利散射光，所述瑞利散射光进入所述第六耦合器的一个输入端，所述第二参考光进入所述第六耦合器的另一个输入端，所述第六耦合器的输出端通过所述第二光电探测器连接所述数据采集处理模块；所述数据采集处理模块用于对被所述第一光电探测器光电转换后的所述布里渊散射光与被所述第二光电探测器光电转换后的瑞利散射光进行模数转换与处理并得到所述探测光纤的振动、温度与应变信息。
进一步地，所述的多参量分布式光纤传感装置，其特征在于，还包括：第三光电探测器、第四光电探测器；所述波分复用器还包括第三输出端与第四输出端；
所述波分复用器的第三输出端用于输出拉曼反斯托克斯散射光，所述拉曼反斯托克斯散射光通过所述第三光电探测器光电转换后进入所述数据采集处理模块；所述波分复用器的第四输出端用于输出拉曼斯托克斯散射光，所述拉曼斯托克斯散射光通过所述第四光电探测器光电转换后进入所述数据采集处理模块；
所述数据采集处理模块对被所述第三光电探测器光电转换后的所述拉曼反斯托克斯散射光与被所述第二光电探测器光电转换后的拉曼斯托克斯散射光进行模数转换与处理并得到所述探测光纤的温度信息。
进一步地，所述的多参量分布式光纤传感装置还包括：光隔离器；
所述激光器通过所述光隔离器连接所述第一耦合器。
进一步地，所述激光器的中心波长为1550nm，带宽为-3db，频率为5khz。
进一步地，所述第一耦合器、所述第二耦合器与所述第五耦合器的耦合比均在90:10到70:30之间
进一步地，所述光调制器为声光调制器或电光调制器。
进一步地，所述光纤放大器为掺铒光纤放大器。
进一步地，所述光滤波器为可调谐滤波器或光纤光栅滤波器。
本发明实施例提供的多参量分布式光纤传感装置的有益效果在于：与现有技术相比，本发明实施例提供通过提供一种多参量分布式光纤传感装置，包括：激光器、第一耦合器、第二耦合器、第一光调制器、光纤放大器、第三耦合器、扰偏器、光环形器、波分复用器、光滤波器、第二光调制器、第四耦合器、第一光电探测器、第五耦合器、第二光电探测器、第三光电探测器、数据采集处理模块、探测光纤，实现了同时测量振动、温度与应变参量，降低了设备投资成本，减少了光纤资源的浪费。
附图说明
图1为本发明实施例提供的多参量分布式光纤传感装置的结构框图；
图2为本发明又一实施例提供的多参量分布式光纤传感装置的结构框图。
附图标记：激光器1、第一耦合器2、第二耦合器3、第一光调制器4、光纤放大器5、第三耦合器6、扰偏器7、光环形器8、波分复用器9、光滤波器10、第二光调制器11、第四耦合器12、第一光电探测器13、单边调制器14、第五耦合器15、第六耦合器16、第二光电探测器17、数据采集处理模块18、探测光纤19、第三光电探测器20、第四光电探测器21。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
具体实施例：
如图1所示，本发明实施例提供一种多参量分布式光纤传感装置，包括：激光器1、第一耦合器2、第二耦合器3、第一光调制器4、光纤放大器5、第三耦合器6、扰偏器7、光环形器8、波分复用器9、光滤波器10、第二光调制器11、第四耦合器12、第一光电探测器13、单边调制器14、第五耦合器15、第二光电探测器17、数据采集处理模块18、探测光纤19；
所述激光器1发出的窄带激光经过所述第一耦合器2后分成两路光信号；一路进入所述第二耦合器3的输入端，另一路作为第一参考光进入所述第二光调制器11的输入端；所述第二耦合器3将入射光分为两路，一路作为第一探测光进入所述第一光调制器4进行调制，另一路进入所述单边调制器14进行单边调制后通过所述第五耦合器15分为两路光信号，一路为第二探测光，另一路为第二参考光；所述第一探测光通过所述第一光调制器4与所述光纤放大器5进入所述第三耦合器6的一个输入端，所述第二探测光进入所述第三耦合器6的另一个输入端；所述第三耦合器6的输出端通过所述扰偏器7连接所述光环行器8的a端，所述光环形器8的b端连接所述探测光纤19，所述光环行器8的c端连接所述波分复用器9的输入端，所述光环形器8用于将被所述扰偏器7扰乱偏振态后的所述第一探测光与所述第二探测光输入到所述探测光纤19，还用于输出在所述探测光纤19产生的后向散射光到所述波分复用器9；
所述波分复用器9的第一输出端用于输出布里渊散射光，所述布里渊散射光通过所述光滤波器10滤波后进入所述第四耦合器12的一个输入端，所述第一参考光通过所述第二光调制器11调制后进入所述第四耦合器12的另一个输入端，所述第四耦合器12的输出端通过所述第一光电探测器13连接所述数据采集处理模块18；所述波分复用器9的第二输出端用于输出瑞利散射光，所述瑞利散射光进入所述第六耦合器的一个输入端，所述第二参考光进入所述第六耦合器的另一个输入端，所述第六耦合器的输出端通过所述第二光电探测器17连接所述数据采集处理模块18；所述数据采集处理模块18用于对被所述第一光电探测器13光电转换后的所述布里渊散射光与被所述第二光电探测器17光电转换后的瑞利散射光进行模数转换与处理并得到所述探测光纤19的振动、温度与应变信息。
所述波分复用器9用于分立布里渊散射光与所述瑞利散射光；
所述光滤波器10用于提升布里渊散射光的光信噪比；
所述第一光调制器4与所述第二光调制器11，用于将窄带激光调制成光脉冲信号；
所述光纤放大器5，用于提升光脉冲信号的峰值功率。
所述光环形器8是一种多端口的具有非互易特性的光器件。光信号由任一端口输入时，都能按照箭头指示顺序或字母数字顺序从下一端口以很小的损耗输出，而该端口通向所述其他端口的损耗都很大，成为不相通端口。例如，若信号从所述光环行器8的a端输入，则从b端输出的损耗最小，b端为信号输出端；若信号从b端输入，则从c端输出的损耗最小，c端为信号输出端。
所述扰偏器7用于改变所述第一探测光与所述第二探测光的偏振态。工作原理为当偏振光在具有双折射性质的介质中传输时，由于o光和e光的传输速度不同，引起一光线相对另一光线产生相位推迟，从而引起光的偏振态发生改变。
所述第一耦合器2、所述第二耦合器3与所述第五耦合器15均为1*2光耦合器，用于将一路入射光分为两路光信号；所述第三耦合器6、所述第四耦合器12与所述第六耦合器16均为2*1光耦合器，用于将两路入射光耦合为一路光信号后输出。
所述多参量分布式光纤传感装置的工作过程为：激光器1发出的窄带激光经所述第一耦合器2分为两路：第一路为80％的窄带激光，第二路为20％的窄带激光，并且第二路作为第一参考光。第一路窄带激光经过所述第二耦合器3分为两路，一路作为第一探测光，经过所述第一光调制器4、所述光纤放大器5、所述第三耦合器6、所述扰偏器7进入所述探测光纤19，并在所述探测光纤19产生后向布里渊散射光，该后向散射光经波分复用器9、光滤波器10进入所述第四耦合器12，所述第一参考光经过所述第二光调制器11调制后进入所述第四耦合器12，并与后向布里渊散射光发生拍频干涉，所产生的干涉信号经所述第一光电探测器13进入所述数据采集处理模块18，所述数据采集处理模块18通过测量该干涉信号的频移量和强度变化，即可获得所述探测光纤19的温度信息和应变信息，第一路窄带激光经过所述第二耦合器3后的另一路经过所述单边调制器14后生成中心频率线性扫频的激光信号，所述中心频率线性扫频的激光信号经过所述第五耦合器15后分成所述第二探测光与所述第二参考光，所述第二探测光经过所述第三耦合器6、所述扰偏器7进入所述探测光纤19，在所述探测光纤19产生后向瑞利散射光，所述后向瑞利散射光经过所述波分复用器9进入所述第六耦合器，所述第二参考光也进入所述第六耦合器，并与所述后向瑞利散射光进行拍频干涉，产生的后向瑞利散射光拍频干涉信号经过所述第二光电探测器17进入所述数据采集处理模块18，所述数据采集处理模块18对后向瑞利散射光拍频干涉信号所述进行分段互相关处理，通过观察互相关处理结果的形状，即可获得所述探测光纤19的振动信息。
本发明实施例提供的多参量分布式光纤传感装置的有益效果在于：与现有技术相比，本发明实施例提供通过提供一种多参量分布式光纤传感装置，包括：激光器1、第一耦合器2、第二耦合器3、第一光调制器4、光纤放大器5、第三耦合器6、扰偏器7、光环形器8、波分复用器9、光滤波器10、第二光调制器11、第四耦合器12、第一光电探测器13、第五耦合器15、第二光电探测器17、第三光电探测器20、数据采集处理模块18、探测光纤19，实现了同时测量振动、温度与应变参量，降低了设备投资成本，减少了光纤资源的浪费。
进一步地，如图2所示，所述的多参量分布式光纤传感装置，其特征在于，还包括：第三光电探测器20、第四光电探测器21；所述波分复用器9还包括第三输出端与第四输出端；
所述波分复用器9的第三输出端用于输出拉曼反斯托克斯散射光，所述拉曼反斯托克斯散射光通过所述第三光电探测器20光电转换后进入所述数据采集处理模块18；所述波分复用器9的第四输出端用于输出拉曼斯托克斯散射光，所述拉曼斯托克斯散射光通过所述第四光电探测器21光电转换后进入所述数据采集处理模块18；
所述数据采集处理模块18对被所述第三光电探测器20光电转换后的所述拉曼反斯托克斯散射光与被所述第二光电探测器17光电转换后的拉曼斯托克斯散射光进行模数转换与处理并得到所述探测光纤19的温度信息。
将所述探测光纤19的前端作为参考光纤，设定其温度为参考温度，再根据拉曼散射光的反斯托克斯光与斯托克斯光的强度比可以测量所述探测光纤19的温度。拉曼散射只对温度敏感对应变不敏感，可以对布里渊传感进行温度补偿及温度数据的验证，提高温度测量数据的准确性。
进一步地，所述的多参量分布式光纤传感装置还包括：光隔离器；
所述激光器1通过所述光隔离器连接所述第一耦合器2。所述光隔离器是允许光向一个方向通过而阻止向相反方向通过的无源器件，作用是对光的方向进行限制，使光只能单方向传输提高光波传输效率
进一步地，所述激光器1的中心波长为1550nm，带宽为-3db，频率为5khz。
进一步地，所述第一耦合器、所述第二耦合器与所述第五耦合器的耦合比均在90:10到70:30之间
进一步地，所述光调制器为声光调制器或电光调制器。
进一步地，所述光纤放大器5为掺铒光纤放大器5。
进一步地，所述光滤波器10为可调谐滤波器或光纤光栅滤波器。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
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。