一种长距离快速BOTDA装置的制作方法

本技术涉及分布式光纤传感，更具体的说是涉及一种长距离快速botda装置。

背景技术：

1、随着科学技术的发展，分布式光纤传感器的应用越来越广泛，在桥梁勘测、石油天然气管道、隧道变形监测、铁路轨道以及大型建筑物的检测等方面都有分布式光纤传感的身影。分布式光纤传感仅用一根光纤就可以代替成千上万个点式传感器，大大节省了人力物力资源。其中布里渊光时域分析仪(brillouinopticaltimedomainanalysis，botda)是实现百公里级别快速传感的有效手段，botda系统利用了受激布里渊散射(stimulatedbrillouin frequencyscattering，sbs)现象，具有传感快速响应、抗干扰能力强、信息容量大以及传感距离长等优点成为了广大研究者的研究重点。近些年来，随着实验仪器和研究方案上的快速发展，极大提升了分布式光纤传感器性能参数，具备更高的空间分辨率、更远的传感距离、更好的测量精度和更快的测量速度。因此研究者们致力于实现更快更远的分布式光纤传感。

2、目前，影响botda分布式光纤传感距离的主要因素是信噪比，因此提高光纤中信噪比是首要的目标。现有的解决方案大概分为提高泵浦光功率和对泵浦光编码两种解决方法。然而随着传感距离的增加，消耗的时间也随之增加。现有技术虽然可以有效增加距离和减少测量时间，但也存在以下问题：光学编码应用在多尘环境中，污染物容易阻碍光的传播可能使传感器接收到的光存在不连续或缺失，这些问题降低了编码可靠度和精度。除此之外，光学编码器的分辨率过高会消耗更多的功率进而影响了在移动端的应用，且编码技术会增加系统复杂度，在处理数据时需消耗大量时间，倘若一味地增加光源的光功率提高信噪比又会导致非局域效应。因此，如何提供一种能够长距离快速传感的botda装置是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本实用新型提供了一种长距离快速botda装置，针对铁路交通及电网等覆盖范围太广导致温度应力测量时间过长等问题，利用双向拉曼放大的光学捷变频及斜坡辅助，实现对光纤线路的应力和温度长距离快速传感。

2、为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

3、一种长距离快速botda装置，包括：激光器、耦合器、泵浦光路、探测光路、拉曼泵、待测光纤、环形器、数据采集处理模块；激光器与耦合器连接，激光器发出的光经耦合器分为上路激光、下路激光，耦合器分别与泵浦光路的第一输入端、探测光路的第一输入端连接，上路激光、下路激光分别进入泵浦光路、探测光路进行调制，拉曼泵分别与泵浦光路的第二输入端、探测光路的第二输入端连接，拉曼光与上路激光结合后作为泵浦光进入待测光纤，拉曼光与下路激光结合后作为探测光进入待测光纤，泵浦光路的输出端、探测光路的输出端均与待测光纤连接，泵浦光和探测光在待测光纤内发生布里渊散射现象，待测光纤、环形器、数据采集处理模块依次连接，布里渊散射回的光通过环形器进入数据采集处理模块进行数据处理。

4、可选的，泵浦光路包括依次连接的第一偏振控制器、任意波形发生器、iq调制器、第一波分复用器，第一偏振控制器调节上路激光的偏振态，任意波形发生器对上路激光进行调制并写入信号频率和长度，iq调制器提高上路激光的频率，第一波分复用器将上路激光和拉曼光结合为泵浦光。

5、可选的，任意波形发生器还与数据采集处理模块连接，任意波形发生器同步触发数据采集处理模块。

6、可选的，探测光路包括依次连接的第二偏振控制器、电光调制器、掺铒放大器、第二波分复用器，第二偏振控制器调节下路激光的偏振态，电光调制器提高下路激光的输出功率，掺铒放大器对下路激光进行进一步放大，第二波分复用器将下路激光和拉曼光结合为探测光。

7、可选的，数据采集处理模块包括：光电探测器、数据处理单元、示波器，光电探测器与环形器连接，数据处理单元与光电探测器、示波器连接，光电探测器将散射回的光转换为电信号。

8、可选的，激光器发出的光波长为1550nm。

9、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本实用新型公开提供了一种长距离快速botda装置，具有以下有益效果：采用双向拉曼放大增加系统的信噪比，分布式拉曼放大可以有效的提高信噪比，由于其具有较宽增益频带和小噪声系数等优点，利用传感光纤即可实现放大，不需要任何特殊介质。在拉曼放大的基础上首先提高了传感光纤的信噪比，再结合泵浦光和利用快速变频的探测光在传感光纤内发生受激布里渊作用，可以实现长距离快速传感。

技术特征：

1.一种长距离快速botda装置，其特征在于，包括：激光器、耦合器、泵浦光路、探测光路、拉曼泵、待测光纤、环形器、数据采集处理模块；激光器与耦合器连接，激光器发出的光经耦合器分为上路激光、下路激光，耦合器分别与泵浦光路的第一输入端、探测光路的第一输入端连接，上路激光、下路激光分别进入泵浦光路、探测光路进行调制，拉曼泵分别与泵浦光路的第二输入端、探测光路的第二输入端连接，拉曼光与上路激光结合后作为泵浦光进入待测光纤，拉曼光与下路激光结合后作为探测光进入待测光纤，泵浦光路的输出端、探测光路的输出端均与待测光纤连接，泵浦光和探测光在待测光纤内发生布里渊散射现象，待测光纤、环形器、数据采集处理模块依次连接，布里渊散射回的光通过环形器进入数据采集处理模块进行数据处理。

2.根据权利要求1所述的一种长距离快速botda装置，其特征在于，泵浦光路包括依次连接的第一偏振控制器、任意波形发生器、iq调制器、第一波分复用器，第一偏振控制器调节上路激光的偏振态，任意波形发生器对上路激光进行调制并写入信号频率和长度，iq调制器提高上路激光的频率，第一波分复用器将上路激光和拉曼光结合为泵浦光。

3.根据权利要求2所述的一种长距离快速botda装置，其特征在于，任意波形发生器还与数据采集处理模块连接，任意波形发生器同步触发数据采集处理模块。

4.根据权利要求1所述的一种长距离快速botda装置，其特征在于，探测光路包括依次连接的第二偏振控制器、电光调制器、掺铒放大器、第二波分复用器，第二偏振控制器调节下路激光的偏振态，电光调制器提高下路激光的输出功率，掺铒放大器对下路激光进行进一步放大，第二波分复用器将下路激光和拉曼光结合为探测光。

5.根据权利要求1所述的一种长距离快速botda装置，其特征在于，数据采集处理模块包括：光电探测器、数据处理单元、示波器，光电探测器与环形器连接，数据处理单元与光电探测器、示波器连接，光电探测器将散射回的光转换为电信号。

6.根据权利要求1所述的一种长距离快速botda装置，其特征在于，激光器发出的光波长为1550nm。

技术总结
本技术公开了一种长距离快速BOTDA装置，应用于分布式光纤传感技术领域。包括：激光器、耦合器、泵浦光路、探测光路、拉曼泵、待测光纤、环形器、数据采集处理模块；激光器与耦合器连接，耦合器分别与泵浦光路的第一输入端、探测光路的第一输入端连接，拉曼泵分别与泵浦光路的第二输入端、探测光路的第二输入端连接，泵浦光路的输出端、探测光路的输出端均与待测光纤连接，待测光纤、环形器、数据采集处理模块依次连接，布里渊散射回的光通过环形器进入数据采集处理模块进行数据处理。本技术采用双向拉曼放大增加系统的信噪比，可以实现长距离快速传感。

技术研发人员：李博,张欣伟,冯振华,陈晓娟,尚鑫,刘会斌,王博,杨迪,安义岩,刘天奇,王坤涵,戴雨薇,周丽英
受保护的技术使用者：国网内蒙古东部电力有限公司电力科学研究院
技术研发日：20230525
技术公布日：2024/1/15