为L(16km)的普通单模光纤3、一个4端口波分复用器4、第一个APD探头5、第二个APD探头6、一个光親合器7、第一个F1D探头8、一个偏振分束器9、第二个F1D探头10、一台具有数据采集处理功能的计算机11。
[0035](2)将输出为1.5微米波段线偏振光的脉冲光源I的输出端口和光环形器2的I端口光纤连接；将光环形器2的2端口和长度为20km的普通单模光纤3的一个端口光纤连接；将光环形器2的3端口和4端口波分复用器4的I端口光纤连接；将4端口波分复用器4的2端口和第一个APD探头5光纤连接；将4端口波分复用器4的3端口和第二个APD探头6光纤连接；将4端口波分复用器4的3端口和光耦合器7的I端口光纤连接；将光耦合器7的2端口和第一个H)探头8光纤连接；将光耦合器7的3端口和偏振分束器9的输入端口光纤连接；将偏振分束器9的输出端口和第二 H)探头10光纤连接；将输出为
1.5微米波段线偏振光的脉冲光源1、第一个APD探头5、第二个APD探头6、第一个H)探头8、第二个H)探头10、与具有数据采集处理功能的计算机11电缆连接；
[0036](3)开启具有数据采集处理功能的计算机11和输出为1.5微米波段线偏振光的脉冲光源1，通过计算机11控制脉冲光源1，实现周期性光脉冲输出；光脉冲进入光环形器2的I端口，从光环形器2的2端口输出，然后进入长度为20km的普通单模光纤3 ;当光脉冲在普通单模光纤3中向前传输时，根据会产生三个后向散射的信号光，分别是瑞利散射光、拉曼斯托克斯光和拉曼反斯托克斯光；三个后向散射的信号光进入光环形器2的2端口，从光环形器2的3端口输出，然后进入4端口波分复用器4 ;拉曼斯托克斯光从4端口波分复用器4的2端口输出，进入第一个APD探头5 ;拉曼反斯托克斯光从4端口波分复用器4的3端口输出，进入第二个APD探头6 ;瑞利散射光从4端口波分复用器4的4端口输出，进入光耦合器7的I端口 ；30%的瑞利散射光从光耦合器7的2端口输出进入第一个H)探头8 ;70%的瑞利散射光从光親合器7的3端口输出进入偏振分束器9的输入端口，从偏振分束器9的输出端口出来的瑞利散射光注入第二 H)探头10。
[0037]以输出为1.5微米波段线偏振光的脉冲光源I输出光脉冲为计时零点，t时刻通过计算机采集第一个APD探头、第二个APD探头、第一个H)探头、第二个H)探头的功率分别为Ps、Pas、Pn、Prf，由公式(2)、(7)和⑶获得X处的温度和振动信号。
[0038]图2给出了分布式温度传感信号，在光纤长度8km处有个较高温度的信号；图3给出了分布式振动传感信号，在光纤长度14km处有个突变的振动信号。
[0039]本发明结合利用了近年来发展起来的分布式光纤传感技术中用到的光纤拉曼效应和脉冲光的偏振振动敏感性，采用普通的线偏振脉冲光源，通过探测在长距离的普通单模光纤产生的瑞利散射光、拉曼斯托克斯光和拉曼反斯托克斯光，实现了分布式温度和振动传感。本发明不需要采用价格高昂的窄线宽激光器，具有结构简单、成本低廉等优点。
【主权项】
1.一种实现全光纤分布式多参量传感的方法，其特征在于该方法包括以下步骤: 步骤(I)选择一个输出为1.5微米波段线偏振光的脉冲光源、一个光环形器、一段长度为L的单模光纤、一个四端口波分复用器、两个Aro探头、两个ro探头、一个光耦合器、一个偏振分束器、一台具有数据采集处理功能的计算机； 步骤⑵将输出为1.5微米波段线偏振光的脉冲光源的输出端口和光环形器的第一端口光纤连接；将光环形器的第二端口和长度为L的单模光纤的一个端口光纤连接；将光环形器的第三端口和四端口波分复用器的第一端口光纤连接；将四端口波分复用器的第二端口和第一个APD探头光纤连接；将四端口波分复用器的第三端口和第二个APD探头光纤连接；将四端口波分复用器的第四端口和光耦合器的第一端口光纤连接；将光耦合器的第二端口和第一个F1D探头光纤连接；将光親合器的第三端口和偏振分束器的输入端口光纤连接；将偏振分束器的输出端口和第二 ro探头光纤连接；将输出为1.5微米波段线偏振光的脉冲光源、两个APD探头、两个ro探头与具有数据采集处理功能的计算机电缆连接； 步骤(3)开启具有数据采集处理功能的计算机和输出为1.5微米波段线偏振光的脉冲光源，通过计算机控制脉冲光源，实现周期性光脉冲输出；光脉冲进入光环形器的第一端口，从光环形器的第二端口输出，然后进入长度为L的单模光纤；当光脉冲在单模光纤中向前传输时，产生三个后向散射的信号光，分别是瑞利散射光、拉曼斯托克斯光和拉曼反斯托克斯光，其中瑞利散射光的偏振态和光纤受到的振动信号相关，拉曼反斯托克斯光和光纤的温度紧密相关；三个后向散射的信号光进入光环形器的第二端口，从光环形器的第三端口输出，然后进入四端口波分复用器；拉曼斯托克斯光从四端口波分复用器的第二端口输出，进入第一个Aro探头；拉曼反斯托克斯光从四端口波分复用器的第三端口输出，进入第二个Aro探头；瑞利散射光从四端口波分复用器的第四端口输出，进入光耦合器的第一端口 ；a%的瑞利散射光从光耦合器的第二端口输出进入第一个H)探头；l_a%的瑞利散射光从光親合器的第三端口输出进入偏振分束器的输入端口，从偏振分束器的输出端口出来的瑞利散射光注入第二 ro探头；进入第二 ro探头的瑞利散射光的功率依赖于瑞利散射光偏振态； 以脉冲光源发出光脉冲为计时零点，光纤在位于单模光纤长度方向距离原点位置X处的瑞利散射光、拉曼斯托克斯光和拉曼反斯托克斯光返回到H)探头、APD探头的时间为t，则 t = Xneff/c(I) 其中，rwf为单模光纤的有效折射率，c为真空光速；可以推算 X = ct/neff(2) t时刻第一个AH)探头、第二个AH)探头接收到的拉曼斯托克斯光和拉曼反斯托克斯光功率分别为 Ps= f s(t,T)(3) 和 Pas= f as(t, T) (4) 其中T为单模光纤X处温度； t时刻第一个ro探头、第二个ro探头接收到的瑞利散射光功率分别为 Prl= f rl(t, v)(5) 和 Pr2= f r2(t, v)(6) 其中V为单模光纤X处振动强度； 为了消除脉冲光源功率抖动的影响，由公式(3)至(6)获得 Ps/Pas= f s (t,T)/fas(t,T)(7)Prl/Pr2= f rl (t, v) /fr2 (t, v)(8) 在计算机采集两个Aro探头和两个ro探头的功率信号及对应的时间，根据公式(2)获得传感点距离X，根据公式(7)和(8)获得温度和振动信息。
【专利摘要】本发明公开了一种实现全光纤分布式多参量传感的方法。本发明主要适用于长距离的分布式温度和振动传感，利用了拉曼反斯托克斯光对温度的灵敏性、瑞利散射光偏振态对振动的灵敏性，通过两个APD探头和两个PD探头分别测量了拉曼斯托克斯光、拉曼反斯托克斯光、瑞利散射光的光功率强弱以及两个信号到达探头时间差来确定温度、振动信号强弱及对应传感位置，从而实现了分布式温度、振动的多参量传感。本发明不需要采用价格高昂的窄线宽激光器，具有结构简单、成本低廉等优点。
【IPC分类】G01H9/00, G01K11/32
【公开号】CN105021307
【申请号】CN201510404509
【发明人】陈达如, 张徐亮
【申请人】苏州至禅光纤传感技术有限公司
【公开日】2015年11月4日
【申请日】2015年7月11日