一种分布式光纤多参量传感器及多参量测量方法

摘要

本发明公开了一种分布式光纤多参量传感器及多参量测量方法，包括光源、光源驱动模块、波分复用器模块、探测光纤、光电探测模块、数据采集及控制电路模块和外调制器，光源驱动模块的输出端与光源的输入端相连，外调制器的输入端与光源的输出端相连，激光外调制器的输出端与波分复用器模块的输入端相连，波分复用器的输出端分别与探测光纤的输出端和光电探测模块的输入端相连，光电探测模块的输出端与数据采集及控制电路模块相连，数据采集及控制电路模块的输出端与光源驱动模块的输入端相连，优点是可以在一套分布式光纤传感器上测量温度、振动、损耗和故障多个参量的功能，投资成本低，节约光纤资源，还拓展了分布式光纤传感器的应用领域。

主权项

1.一种使用分布式光纤多参量传感器测量光纤温度、振动、损耗和故障多个参量的方法，其特征在于多参量传感器包括光源、光源驱动模块、波分复用器模块、探测光纤、光电探测模块和数据采集及控制电路模块，还包括外调制器，所述的外调制器的输入端与所述的光源的输出端相连，所述的外调制器的输出端与所述的波分复用器模块的输入端相连，所述的波分复用器模块的第一输出端与所述的探测光纤相连，所述的波分复用器模块的第二输出端、第三输出端和第四输出端分别与所述的光电探测模块的三个输入端相连，所述的光电探测模块的输出端与所述的数据采集及控制电路模块的输入端相连，所述的数据采集及控制电路模块的输出端与所述的光源驱动模块的输入端相连，具体包括以下步骤：a、测量温度、损耗和故障的步骤：a-1、开启光源驱动模块直接产生窄脉冲的驱动电信号，驱动光源产生窄脉宽、宽线宽的脉冲光信号；a-2、调节外调制器的偏置电压使之为通光状态，将步骤a-1产生的脉冲光信号经外调制器后输入到波分复用器模块；a-3、将步骤a-2中输入的脉冲光信号经波分复用器模块的第一输出端输入到探测光纤中，得到探测光纤的反馈信号：瑞利散射光信号、反斯托克斯光信号和斯托克斯光信号，将瑞利散射光信号通过波分复用器模块的第二输出端输出，将反斯托克斯光信号和斯托克斯光信号分别通过波分复用器模块的第三和第四输出端输出；a-4、将步骤a-3中输出的瑞利散射光信号、反斯托克斯光信号和斯托克斯光信号输入到光电探测模块中，得到转化为电信号的瑞利散射光V_r，斯托克斯光V_s，反斯托克斯光V_a输出；a-5、将步骤a-4得到的信号输入数据采集及控制电路模块，通过V_r直接得出光纤损耗和故障的测量结果；将V_s和V_a带入公式得到温度测量值，其中T₀为标定温度，V_s(T₀)为光纤温度为T₀时斯托克斯光信号强度、V_a(T₀)为光纤温度为T₀时反斯托克斯光信号强度，Δυ为拉曼频移，k为玻尔兹曼常数，h为普朗克常数，υ_a为反斯托克斯光信号频率，υ_s为斯托克斯光信号频率，υ_a=υ₀+Δυ，υ_s=υ₀-Δυ，υ₀为光源发射光的频率；b、测量振动的步骤：b-1、开启光源驱动模块产生恒流电信号，驱动光源产生一个稳定的窄线宽连续光信号；b-2、调节外调制器使之工作在脉冲调制状态，将步骤b-1产生的连续光信号通过外调制器调制成脉冲光输入波分复用器模块的第一输入端；b-3、将步骤b-2中脉冲光经波分复用器模块的第一输出端输入到探测光纤中，得到探测光纤的反馈信号：相干的瑞利散射光信号；b-4、将步骤b-3中得到的瑞利散射光信号输入到光电探测模块中，对通过光电探测模块后的瑞利散射光信号按一定的周期多次采样，分析各次采样信号的变化情况，得出探测光纤上的振动位置与强度。