] 参见图2,图2是图1示出实施方式中双通马赫曾德尔干涉仪153的结构图。在图 2示出的实施方式中，双通马赫曾德尔干涉仪153具有两个3dB耦合器1531和1533, 一个 圆筒形压电陶瓷（PZT) 1532和一个光隔离器1535。为了实现干涉自由程的调节，将双通马 赫曾德尔干涉仪153的一个臂的光纤绕在圆筒形PZT(压电陶瓷1532)上，通过直流电压控 制器1536调节加在PZT两电极上的直流电压来实现干涉仪光程差的控制，从而实现受激布 里渊散射和瑞利散射的分离。
[0048] 双通马赫曾德尔干涉仪153的传输函数为：
[0049] F (V) = Iout/Iin= [1+cos (2 π V/FSR) ] 2/4
[0050] 在常温下，当光波波长为1550nm时，光纤布里渊频移为10. 85GHz，由上式可知，当 FSR = 2vB = 21. 7GHz时，可以实现布里渊散射光和瑞利散射光的分离。
[0051] 在图1和图2示出的实施方式中，激光器发出的连续光经第一耦合器111平均分 为两束，其中一束进入第一光通道120,另外一束进入第二光通道130。进入第一光通道120 的激光经过第二偏振控制器121后进入相位型电光调制器122后，被调制产生接近布里渊 频移频率（约IlGHz)的连续光。该连续光经过第二耦合器112后，被分为两束激光。其中 5%强度的激光光束由第一偏振控制器113进入第三耦合器114 ;而95%的激光束则进入第 三光通道140。进入第三光通道140的激光束依次由光滤波器141、光隔离器142和扰偏器 143后进入传感光纤117。
[0052] 另外一方面，从第一耦合器111出来的另一束50%的激光束（即进入第二光通道 130的激光束）经第三偏振控制器131后进入相位型电光调制器132,被调制为脉冲光。该 脉冲光通过掺铒光纤放大器133放大后经第二环形器134后，经光隔离器135进入第一环 形器115的第一端口，然后从第一环形器115的第二端口出来进入传感光纤117的另一端。 这样，从第三光通道140和第二光通道130出来的两束光在传感光纤117中产生受激布里 渊散射，产生的后向布里渊散射沿连续光的反方向进入第一环形器115的第二端口，经光 栅116滤波后由掺铒光纤放大器151放大后，再次经过光栅116滤波后进入双通马赫曾德 尔干涉仪153。
[0053] 双通马赫曾德尔干涉仪153将后向散射中的瑞利散射光和布里渊散射光分离，从 而得到噪声较小的布里渊散射光，该布里渊散射光与经第一偏振器113进入第三耦合器 114中输入的连续光（即参考光）发生干涉。
[0054] 参见图3,图3是本发明实施方式提供的光纤布里渊分布式测量装置的结构示意 图。图3示出的光纤布里渊分布式测量装置包括激光器200、光电检测器300和数据采集处 理模块400,以及上述实施方式涉及的光纤布里渊分布式测量光路100,激光器与第一耦合 器111的输入端口连接，光电检测器300与数据采集与处理模块400连接，第三耦合器114 的一输出端口与光电检测器300连接。
[0055] 在图3示出的实施方式中，激光器200可以是窄线宽激光器。激光器200发出的 激光进入图1示出的光纤布里渊分布式测量光路100的第一耦合器111，在图1示出的光纤 布里渊分布式测量光路100中干涉后，经第三耦合器114照射在光电检测器300上转变为 电信号。干涉信号经数据采集与处理模块400中的电路进行采集与处理。在一些优选的实 施方式中，采集的信号在调解后，被NI数据采集卡采集进计算机，由计算机的LabVIEW程序 调用。
[0056] 参见图4,图4是本发明实施方式提供的光纤布里渊分布式测量方法的流程图。图 4示出的光纤布里渊分布式测量方法包括步骤S401-S404。
[0057] 在步骤S401中，将激光器发出的激光分成两路光信号，其中一路光信号调制成脉 冲光，另外一路光信号调制成具有布里渊频移频率的连续光。
[0058] 在步骤S402中，将连续光分成第一连续光信号和第二连续光信号。在一些优选的 实施方式中，第一连续光强度占连续光强度的95%。
[0059] 在步骤S403中，将第一连续光信号和脉冲光在传感光纤117中产生受激布里渊散 射，产生布里渊散射光。
[0060] 在步骤S404中，将布里渊散射光与第二连续光信号进行干涉，经数据分析处理后 得到测量结果。
[0061] 参见图5,图5是是没有施加温度和应变时的布里渊后向散射强度-频移量-距离 和温度变化关系图。在一些实施方式中，可以根据布里渊频移与传感光纤117温度变化的 关系，计算温度。例如，根据布里渊散射光与第二连续光信号进行干涉结果，获取布里渊频 移；
[0062] 然后，根据下式计算温度：
[0063] vB(T,0) = vb(T〇, 0) [1+1. 18*10_4ΔΤ]
[0064] 其中：ν Β (Τ，0)表示应变ε为0且保持不变时，布里渊散射光频移随温度变化的 关系式；Ttl为参考温度，一般取20°C ;v B (Ttl, 0)表示温度为20°C，应变ε为0时布里渊散射 光的频移量；ΔΤ = T-Ttl为相对于参考温度的温度变化量。
[0065] 根据布里渊频移计算传感光纤117温度变化的具体实现过程如下：
[0066] 第一步：由于温度的改变会引发传感光纤117中的热膨胀效应，从而影响光纤密 度。传感光纤117的热光效应会引起光纤折射率变化，传感光纤117的自由能随温度变化 也会引起传感光纤117的杨氏模量和泊松比等物性参数的变化。计算温度影响时首先假设 传感光纤117不受应变，即ε =0,利用微元法当温度变化较小时，根据式
【主权项】
1. 一种光纤布里渊分布式测量光路，其特征在于，包括第一親合器、第二親合器、第三 耦合器、第一环形器、第一光通道、第二光通道、传感光纤、第三光通道和第四光通道， 所述第一耦合器的两个输出端口分别与所述第一光通道的输入端和第二光通道的输 入端连接，所述第一光通道的输出端与第二耦合器的输入端口连接，所述第二耦合器的一 个输出端口经第一偏振控制器与所述第三耦合器的一个输入端口连接，另一输出端口经所 述第三光通道与所述传感光纤的一端连接； 所述第二光通道的输出端与所述第一环形器的第一端口连接，所述第一环形器的第二 端口与所述传感光纤的另外一端连接，所述第一环形器的第三端口与光栅连接，所述第一 环形器的第四端口与第四光通道的输入端连接；所述第四光通道的输出端与所述第三耦合 器的一输入端口连接。
2. 如权利要求1所述的光纤布里渊分布式测量光路，其特征在于，所述第一光通道从 输入端至输出端依次包括第二偏振控制器、相位型电光调制器。
3. 如权利要求2所述的光纤布里渊分布式测量光路，其特征在于，所述第二光通道从 输入端至输出端依次包括第三偏振控制器、强度型电光调制器、掺铒光纤放大器、第二环形 器、光隔离器，所述第二环形器的第一端口与所述掺铒光纤放大器的输出端连接，第二端口 与光栅连接，第三端口与所述光隔离器的输入端口连接。
4. 如权利要求3述的光纤布里渊分布式测量光路，其特征在于，所述第三光通道从输 入端至输出端依次包括光滤波器、光隔离器和扰偏器。
5. 如权利要求4所述的光纤布里渊分布式测量光路，其特征在于，所述第四光通道从 输入端至输出端依次包括掺铒光纤放大器、第三环形器、双通马赫曾德尔干涉仪，所述第三 环形器的第一端口与所述掺铒光纤放大器的输出端连接，第二端口与光栅连接，第三端口 与所述双通马赫曾德尔干涉仪的输入端口连接。
6. -种光纤布里渊分布式测量装置，其特征在于，包括激光器、光电检测器和数据采集 处理模块，还包括如权利要求1-5任一项所述的光纤布里渊分布式测量光路，所述激光器 与所述第一耦合器的输入端口连接，所述光电检测器与所述数据采集与处理模块连接，所 述第三親合器的一输出端口与所述光电检测器连接。
7. -种光纤布里渊分布式测量方法，其特征在于，包括： 将激光器发出的激光分成两路光信号，其中一路光信号调制成脉冲光，另外一路光信 号调制成具有布里渊频移频率的连续光； 将所述连续光分成第一连续光信号和第二连续光信号； 将所述第一连续光信号和所述脉冲光在传感光纤中产生受激布里渊散射，产生布里渊 散射光； 将所述布里渊散射光与所述第二连续光信号进行干涉，经数据分析处理后得到测量结 果。
8. 如权利要求7所述的光纤布里渊分布式测量方法，其特征在于，所述第一连续光强 度占所述连续光光强度的95%。
9. 如权利要求7所述的光纤布里源分布式测量方法，其特征在于，所述"将所述布里渊 散射光与所述第二连续光信号进行干涉，经数据分析处理后得到测量结果"的步骤包括： 根据所述布里渊散射光与所述第二连续光信号进行干涉结果，获取布里渊频移； 根据下式计算温度： VB(T，0) =vB (T。，0) [1+1. 18*1〇-4AT] 其中：VB(T，0)表示应变e为0且保持不变时，布里渊散射光频移随温度变化的关系 式；Ttl为参考温度；vB(Ttl, 0)表示温度为20°C，应变e为0时布里渊散射光的频移量；AT =T-Ttl为相对于参考温度的温度变化量。
10.如权利要求7所述的光纤布里源分布式测量方法，其特征在于，所述"将所述布里 渊散射光与所述第二连续光信号进行干涉，经数据分析处理后得到测量结果"的步骤包括： 根据所述布里渊散射光与所述第二连续光信号进行干涉结果，获取布里渊频移； 根据下式计算应变： vb(T〇,e) =Vb(T0jO) (1+4.48e) 其中：VbCTci,e)表示温度为Ttl= 20°C时，布里渊频移随应力e变化的关系式；VbCTci, 0)表示温度为Ttl= 20°C、应力e为0时的布里渊频移量。
【专利摘要】本发明实施例涉及一种光纤布里渊分布式测量光路、装置和方法，其中，测量光路包括第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器、第一环形器、第一光通道、第二光通道、传感光纤、第三光通道和第四光通道。传感光纤的一端输入脉冲光、另一端输入连续光来激发布里渊散射，这样加强了反斯托克斯成分，如果反斯托克斯光的强度足够强，那么相对而言斯托克斯光的强度则较弱，可以被忽略，这样既解决了输入光脉冲光度和空间分辨率的矛盾，又可以避免使用高精度的滤光器。
【IPC分类】G01D5-353
【公开号】CN104776871
【申请号】CN201510051778
【发明人】曹辉, 左军, 林楚涛, 钟土基, 蔡静
【申请人】佛山科学技术学院
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2015年1月30日