基于布里渊散射应力监测系统的温度补偿装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及微波通信信号源合成技术领域，具体涉及基于布里渊散射应力监测系统的温度补偿装置。本实用新型所要解决的试述问题是提供基于布里渊散射应力监测系统的温度补偿装置，该宽带小步进锁相源能够实现带宽125～1000MHz、步进1Hz的宽带小步进频率输出。本实用新型包括控制单元、时钟单元、直接数字锁相单元、锁相单元和分频滤波单元。控制单元的两个输出端分别接直接数字锁相单元和锁相单元的相应输入端，时钟单元的两个输出端分别接直接数字锁相单元和锁相单元的相应输入端，直接数字锁相单元的输出端接锁相单元的输入端，锁相单元的输出端接分频滤波单元的输入端。
【专利说明】
基于布里渊散射应力监测系统的温度补偿装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及光纤传感技术领域，具体涉及一种基于布里渊散射应力监测系统的温度补偿装置。
【背景技术】
[0002]在光纤中，其材料的分子始终存在有微小的振动。这种微小的振动使得光纤内部存在一个自发的声场，且使得光纤的折射率呈周期性分布的状态。在声场的作用下，将会对入射到光纤的光波产生非弹性散射效应。用微观粒子的观点来看即光学光子和声学声子之间产生了非弹性碰撞，从而引起的布里渊散射，它属于非线性散射的过程。由于非线性散射特性，布里渊散射光的频率与入射光频率并不一致，布里渊散射光会产生频率下移的斯托克斯散射光及频率上移的反斯托克斯光。布里渊散射光与入射光的频率差通常称为布里渊频移。自发布里渊散射对应的布里渊频移大小及布里渊散射光的光强除了会与光纤轴向的温度变化相关之外，还会随光纤轴向的应变变化而改变。因此基于布里渊散射效应的分布式光纤传感不仅能够实现温度的分布式传感，还可以作应变的分布式传感。
[0003]但是，由于温度和应变都会引起布里渊光产生频移，该系统也存在温度和应变交叉敏感的问题。对于温度传感来说，保证传感光纤不受应变是比较容易实现的;但是对于应变传感来说，保持环境温度恒定不变几乎是不可能的，特别是工程应用当中，环境温度变化将更加剧烈。所以为了保证基于布里渊散射效应的分布式光纤传感的应变监测准确必须将温度对应变产生的影响进行补偿。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于布里渊散射应力监测系统的温度补偿装置，该装置能够时监测温度和应变的双芯传感光缆，保证温度芯和应变芯处在同一个环境条件下，保证对相应位置应变补偿的准确性。
[0005]本实用新型的技术方案为:
[0006]—种基于布里渊散射应力监测系统的温度补偿装置，包括窄线宽激光器、第一耦合器、光脉冲调制器、光放大器、滤波器、隔离器、环形器、光开关、温度传感光纤、应变传感光纤、第二耦合器、光电探测器、混频器、微波本振、信号处理单元、数据采集单元和数据处理单元;所述窄线宽激光器发出的光束由第一耦合器分为检测用入射光和参考光;所述检测用入射光依次经光脉冲调制器、光放大器、滤波器和隔离器接入环形器的第一端口，随后经所述环形器的第二端口接入光开关，最后经所述光开关的两个I/O端口分别接入温度传感光纤和应变传感光纤;所述温度传感光纤和应变传感光纤在检测用入射光散射作用下生成布里渊信号光，所述布里渊信号光经光开关和环形器的第三端口接入第二耦合器;所述参考光和布里渊信号光经第二親合器生成親合布里渊信号光，所述親合布里渊信号光经光电探测器转化为布里渊信号，所述布里渊信号经混频器和微波本振降频后依次接入信号处理单元、数据采集单元和数据处理单元。
[0007]具体的，温度传感光纤和应变传感光纤两个单独的光纤芯且封装于同一根光缆当中。
[0008]具体的，第一耦合器的分光比为1:1。
[0009]本实用新型的有益效果:本实用新型提出了一种新的光路架构，系统结构简单，只检测布里渊频移就可以实现温度和应变的同时监测，降低了系统的成本。本实用新型使用布里渊频移监测温度和应变，对信号的信噪比要求降低，有利于延长系统的监测距离。
【附图说明】
[0010]图1为本实用新型的组成示意图。
【具体实施方式】
[0011 ]下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
[0012]如图1所示，实施例包括窄线宽激光器、第一耦合器、光脉冲调制器、光放大器、滤波器、隔离器、环形器、光开关、温度传感光纤、应变传感光纤、第二耦合器、光电探测器、混频器、微波本振、信号处理单元、数据采集单元和数据处理单元。窄线宽激光器的输出端接第一親合器的输入端，第一親合器的一个输出端接光脉冲调制器，光脉冲调制器依次接光放大器、滤波器和隔离器，隔离器接环形器的第一端口，环形器的第二端口接光开关，光开关的两个I/o端口分别接温度传感光纤和应变传感光纤。环形器的第三端口接第二耦合器的输入端。第一親合器的另一输出端接第二親合器，第二親合器的输出端接光电探测器，光电探测器的输出端接混频器的输入端，混频器的另一输入端接微波本振，微波本振的输出端依次接信号处理单元、数据采集单元和数据处理单元。
[0013]布里渊的频移变化见公式I:
[0014]Af6 = Cft.T(°C)+Cfe.ε(με) 公式I
[0015]其中，AfB为布里渊频移，ε为光纤受到的应力，T为光纤受到的温度，(^为光纤布里渊频移的应变系数，Cft为光纤布里渊频移的温度系数。CfjPCft是与光纤材料和栗浦光的波长有关的常数，对于常规的G.652单模光纤而言，在1550nm光的探测下，Cfe = 0.0493MHzAie，Cft=1.2MHz/K。由公式I可以得出，如果保持温度和应变某一个量恒定，则另外一个量利用公式，I即可计算出来。
[0016]实施例的工作过程如下:实施例采用窄线宽激光器作光源，经第一耦合器分出一路光作为参考光，另一路由光脉冲调制器调制成脉冲光，再经光放大器放大和滤波器滤波后，经环形器、光开关入射到传感光纤。散射回的布里渊信号光与参考光经第二耦合器偶合后，在光电探测器进行外差检测，光电探测器输出IlGHz左右的布里渊信号，然后进入微波下变频器，实现对信号的降频，以降低后续数据采集和运算处理的难度。系统分时对温度和应变通道光纤进行数据采集和运算，首先计算当前温度通道的温度值，应变通道需根据温度通道的温度值进行补偿计算。
[0017]本实施例中，窄线宽激光器线宽<3KHz，工作波段为1550nm;微波本振的扫频范围为1G?12GHz，步进频率为0.5?1MHz，可设置;Cfε = 0.0493ΜΗζ/με ,Cft=1.2ΜΗζ/Κ，信号处理单元包含低通滤波器和信号放大器，信号处理单元的带宽小于100MHz，数据采集单元采样率为100Mbps，采用USB通信接口进行数据上传，数据处理单元采用基于X86以上平台的PC系统。
[0018]以上所述实施方式仅为本实用新型的优选实施例，而并非本实用新型可行实施的穷举。对于本领域一般技术人员而言，在不背离本实用新型原理和精神的前提下对其所作出的任何显而易见的改动，都应当被认为包含在本实用新型的权利要求保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于布里渊散射应力监测系统的温度补偿装置，其特征在于其包括窄线宽激光器、第一耦合器、光脉冲调制器、光放大器、滤波器、隔离器、环形器、光开关、温度传感光纤、应变传感光纤、第二耦合器、光电探测器、混频器、微波本振、信号处理单元、数据采集单元和数据处理单元;所述窄线宽激光器发出的光束由第一耦合器分为检测用入射光和参考光;所述检测用入射光依次经光脉冲调制器、光放大器、滤波器和隔离器接入环形器的第一端口，随后经所述环形器的第二端口接入光开关，最后经所述光开关的两个I/o端口分别接入温度传感光纤和应变传感光纤;所述温度传感光纤和应变传感光纤在检测用入射光散射作用下生成布里渊信号光，所述布里渊信号光经光开关和环形器的第三端口接入第二耦合器;所述参考光和布里渊信号光经第二耦合器生成耦合布里渊信号光，所述耦合布里渊信号光经光电探测器转化为布里渊信号，所述布里渊信号经混频器和微波本振降频后依次接入信号处理单元、数据采集单元和数据处理单元。2.根据权利要求1所述的基于布里渊散射应力监测系统的温度补偿装置，其特征在于所述温度传感光纤和应变传感光纤为两个单独的光纤芯且封装于同一根光缆当中。3.根据权利要求2所述的基于布里渊散射应力监测系统的温度补偿装置，其特征在于所述第一親合器的分光比为I: I。
【文档编号】G01B11/16GK205619898SQ201620195386
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年3月10日
【发明人】谷丰, 李乾, 杨博超, 孙忠周, 王立军, 邢昆, 王国成, 王彦龙, 王建强, 张永臣, 窦汝锋, 张建伟
【申请人】国家电网公司, 国网河北省电力公司, 国网河北省电力公司石家庄供电分公司, 威海北洋光电信息技术股份公司