專利名稱：用于工程結(jié)構(gòu)整體與局部應(yīng)變同時監(jiān)測的分布式光纖傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種分布式光纖傳感技術(shù)，通過一根光纖可以實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)的整體與局部應(yīng)變信息同步監(jiān)測。
背景技術(shù)：
工程結(jié)構(gòu)健康檢測包括整體與局部長期監(jiān)測，并根據(jù)結(jié)果進(jìn)行結(jié)構(gòu)損傷診斷與必要的預(yù)警。目前用于健康監(jiān)測的技術(shù)主要包括光纖布拉格光柵傳感器和基于光纖布里淵散射的時域反射儀(BOTDR)等。研究及工程實際表明，光纖FBG光柵只能作為離散點(diǎn)式的傳感器，而缺乏對結(jié)構(gòu)整體信息的把握。而基于布里淵散射的光纖傳感器則相反，其空間分辨率僅有1米但測量距離可達(dá)到幾十甚至上百公里，其缺點(diǎn)是只能對結(jié)構(gòu)整體應(yīng)變分布進(jìn)行測量。在實際工程結(jié)構(gòu)中，缺乏一種傳感器可以滿足在很大的測量距離內(nèi)，同時能夠融合結(jié)構(gòu)的整體和局部信息，實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)整體的安全性評估和局部關(guān)鍵點(diǎn)的精確監(jiān)測，這對大型工程的長期健康檢測具有重要意義。以目前的技術(shù)同時采用這兩套系統(tǒng)會造成監(jiān)測成本上升，且每套系統(tǒng)需要單獨(dú)的光纖光路，必須分別鋪設(shè)兩條光纖，造成傳感器安裝流程復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于工程結(jié)構(gòu)整體與局部應(yīng)變同時監(jiān)測的分布式光纖傳感器，通過設(shè)計光學(xué)系統(tǒng)，使得新系統(tǒng)同時兼容光纖光柵和布里淵時域反射技術(shù)，能同時檢測光纖光柵和布里淵時域反射傳感的信號，因此僅用一根光纖便可實現(xiàn)對工程結(jié)構(gòu)整體和局部應(yīng)變同時檢測，該系統(tǒng)測量距離長，穩(wěn)定性和重復(fù)性良好，精度高且成本低。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下
一種用于工程結(jié)構(gòu)整體與局部應(yīng)變同時監(jiān)測的分布式光纖傳感器，包括光纖DBF激光器、第一光纖放大器、第一耦合器、電光調(diào)制器、第二光纖放大器、擾偏器、光纖環(huán)形器、傳感光纖、光纖光柵陣列、濾波器、第三光纖放大器，第二耦合器、布里淵散射信號檢測模塊、FBG 波長解調(diào)模塊，所述的光纖DBF激光器依次串聯(lián)第一光纖放大器和第一耦合器，所述的第一耦合器的第一輸出端依次串聯(lián)所述的電光調(diào)制器、第二光纖放大器以及擾偏器，擾偏器的輸出端連接至所述的光纖環(huán)形器的第一輸入端，光纖環(huán)形器的第一輸出端與傳感光纖的第一輸入端連接，傳感光纖的第一輸出端于光纖光柵陣列的輸入端連接，光纖光柵陣列的輸出端連接傳感光纖的第二輸入端，傳感光纖的第二輸出端于所述的光纖環(huán)形器的第二輸入端連接，光纖環(huán)形器的第二輸出端連接連接濾波器的輸入端，濾波器的第一輸出端連接所述的FBG波長解調(diào)模塊，濾波器的第二輸出端連接第三光纖放大器的輸入端，第三光纖放大器的輸出端連接第二耦合器的第二輸入端，第二耦合器的第一輸入端與所述的第一耦合器的第二輸出端連接，第二耦合器的輸出端連接所述的布里淵散射信號檢測模塊。本發(fā)明傳感器，是一種融合光纖光柵和布里淵時域反射儀的分布式傳感器，它的構(gòu)成由光纖DBF激光器、第一光纖放大器、第一耦合器、電光調(diào)制器，第二光纖放大器、擾偏器、光纖環(huán)形器、傳感光纖、光纖光柵陣列、濾波器、第三光纖放大器，第二耦合器、布里淵散射信號檢測模塊、FBG波長解調(diào)模塊組成。其連接關(guān)系如下光纖DBF激光器發(fā)出的窄線寬連續(xù)激光經(jīng)過第一光纖放大器后進(jìn)入耦合器，然后分為兩路，一路作為本振光通過耦合器后進(jìn)入布里淵散射信號檢測模塊，另一路光通過電光調(diào)制器后進(jìn)入第二光纖放大器，然后經(jīng)由擾偏器和光纖環(huán)形器后進(jìn)入第二傳感光纖和光纖光柵陣列。第二傳感光纖的布里淵散射光和光纖光柵的反射光返回環(huán)形器后從另一端口進(jìn)入濾波器，然后從不同端口輸出。其中光纖光柵的反射光直接進(jìn)入FBG波長解調(diào)模塊。而布里淵散射光則進(jìn)入第三光纖放大器后進(jìn)入第二耦合器，與本振光一起進(jìn)入布里淵散射信號檢測模塊。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果是能夠在成本降低的同時，系統(tǒng)有效兼容光纖光柵和布里淵時域反射技術(shù)，可同步測量光纖光柵和布里淵時域反射傳感的信號， 僅用一根光纖便可實現(xiàn)對工程結(jié)構(gòu)整體和局部應(yīng)變同時檢測，有效地解決了物聯(lián)網(wǎng)傳感網(wǎng)絡(luò)中不同光纖傳感系統(tǒng)兼容性問題。且系統(tǒng)測量距離長，穩(wěn)定性和重復(fù)性良好，精度高且成本低。


圖1是本發(fā)明一種具體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細(xì)說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
具體實施方式
一下面結(jié)合圖1具體說明本實施方式。DFB激光器1發(fā)出窄線寬激光經(jīng)放大器2放大進(jìn)入耦合器3分為兩路，一路光作為本振光通過耦合器12后進(jìn)入布里淵散射信號檢測模塊13，另一路作為傳感光經(jīng)電光調(diào)制器4調(diào)制為脈沖光后經(jīng)放大器5進(jìn)入擾偏器6進(jìn)行消偏后，通過光纖環(huán)形器7進(jìn)入傳感光纖8。與此同時，光纖放大器5會發(fā)出ASE寬帶光，這部分光可作為光纖光柵陣列9的傳感光源，與激光脈沖同時通過環(huán)形器7 進(jìn)入傳感光纖8。光纖的反射信號光分為兩部分，一部分為傳感光纖的后向布里淵散射，另一部分為光纖光柵陣列的反射光。這兩部分光通過事先設(shè)計，分別占用不同的波長信道，因而不會相互串?dāng)_。這兩部分反射光經(jīng)由環(huán)形器7進(jìn)入濾波器后，被濾波器分開并從不同端口輸出。其中布里淵散射光經(jīng)光纖放大器11放大后，通過耦合器12與與本振光同時進(jìn)入布里淵散射信號檢測模塊13，進(jìn)行信號檢測。而光纖光柵的反射光則直接進(jìn)入FBG波長解調(diào)模塊14。對于布里淵散射的光纖傳感部分來說，整個光纖都是應(yīng)變傳感器但其空間分辨率僅有1米，由于其測量距離可達(dá)幾十甚至上百公里，因此可用于結(jié)構(gòu)總體監(jiān)測。對于光纖光柵陣列來說，僅能檢測到光柵所在的位置的應(yīng)變，而一個光柵的長度僅有1厘米左右，體積很小，因此可進(jìn)行某些局部重要部位的應(yīng)變測量。當(dāng)作用在傳感光纖8和光纖光柵陣列 9的應(yīng)變發(fā)生變化時，布里淵散射光的頻率和光纖光柵反射光的波長也會隨之變化，通過布里淵散射信號檢測模塊13和FBG波長解調(diào)模塊14分別探測布里淵散射光的頻移和光柵反射波長變化，可同時得到結(jié)構(gòu)整體應(yīng)變分布情況和重點(diǎn)部位的局部應(yīng)變。
權(quán)利要求
1. 一種用于工程結(jié)構(gòu)整體與局部應(yīng)變同時監(jiān)測的分布式光纖傳感器，其特征在于包括光纖DBF激光器(1)、第一光纖放大器(2)、第一耦合器(3)、電光調(diào)制器(4)、第二光纖放大器(5)、擾偏器(6)、光纖環(huán)形器(7)、傳感光纖(8)、光纖光柵陣列(9)、濾波器(10)、第三光纖放大器(11)，第二耦合器(12)、布里淵散射信號檢測模塊(13)、FBG波長解調(diào)模塊 (14)，所述的光纖DBF激光器(1)依次串聯(lián)第一光纖放大器(2)和第一耦合器(3)，所述的第一耦合器(3)的第一輸出端依次串聯(lián)所述的電光調(diào)制器(4)、第二光纖放大器(5)以及擾偏器(6)，擾偏器(6)的輸出端連接至所述的光纖環(huán)形器(7)的第一輸入端，光纖環(huán)形器(7) 的第一輸出端與傳感光纖(8)的第一輸入端連接，傳感光纖(8)的第一輸出端于光纖光柵陣列(9)的輸入端連接，光纖光柵陣列(9)的輸出端連接傳感光纖(8)的第二輸入端，傳感光纖(8)的第二輸出端于所述的光纖環(huán)形器(7)的第二輸入端連接，光纖環(huán)形器(7)的第二輸出端連接連接濾波器(10)的輸入端，濾波器(10)的第一輸出端連接所述的FBG波長解調(diào)模塊(14)，濾波器(10)的第二輸出端連接第三光纖放大器(11)的輸入端，第三光纖放大器 (11)的輸出端連接第二耦合器(12)的第二輸入端，第二耦合器(12)的第一輸入端與所述的第一耦合器(3)的第二輸出端連接，第二耦合器(12)的輸出端連接所述的布里淵散射信號檢測模塊(13)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于工程結(jié)構(gòu)整體與局部應(yīng)變同時監(jiān)測的分布式光纖傳感器，包括光纖DBF激光器、第一光纖放大器、第一耦合器、電光調(diào)制器、第二光纖放大器、擾偏器、光纖環(huán)形器、傳感光纖、光纖光柵陣列、濾波器、第三光纖放大器，第二耦合器、布里淵散射信號檢測模塊、FBG波長解調(diào)模塊，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果是能夠在成本降低的同時，系統(tǒng)有效兼容光纖光柵和布里淵時域反射技術(shù)，可同步測量光纖光柵和布里淵時域反射傳感的信號，僅用一根光纖便可實現(xiàn)對工程結(jié)構(gòu)整體和局部應(yīng)變同時檢測，有效地解決了物聯(lián)網(wǎng)傳感網(wǎng)絡(luò)中不同光纖傳感系統(tǒng)兼容性問題。且系統(tǒng)測量距離長，穩(wěn)定性和重復(fù)性良好，精度高且成本低。
文檔編號H04B10/12GK102176684SQ201110069430
公開日2011年9月7日 申請日期2011年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月23日
發(fā)明者吳智深, 孫安 申請人:東南大學(xué)