本發(fā)明涉及光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種利用光纖光柵反射/透射以及光纖受激布里淵散射同步測試的混合光纖傳感系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測可以為結(jié)構(gòu)服役期間的性能評價、損傷診斷和壽命預(yù)測提供可靠數(shù)據(jù)，也可為結(jié)構(gòu)的設(shè)計、防護(hù)以及理論研究提供重要參數(shù)?；诠饫w傳感的技術(shù)優(yōu)勢，目前光纖布拉格光柵傳感技術(shù)和基于光纖布里淵散射的傳感技術(shù)已經(jīng)在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用。尤其近些年基于受激布里淵散射的傳感技術(shù)（botda）在感測范圍和空間精度方面獲得了很大提升，相較于基于光纖自發(fā)布里淵散射的傳感技術(shù)優(yōu)勢明顯。光纖光柵傳感技術(shù)具有高精度、復(fù)用以及動態(tài)測量的獨特優(yōu)勢，但是只可以提供離散的空間信息。相反，基于光纖布里淵散射的傳感技術(shù)則可以提供上百公里范圍內(nèi)光纖沿線的連續(xù)信息，但是精度要差一些。如何將兩者融合，充分發(fā)揮雙技術(shù)優(yōu)勢，同步實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)的整體信息把握和局部關(guān)鍵信息監(jiān)控，對于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測具有重要意義。

目前，研究人員已經(jīng)針對該問題開展了積極研究，取得了一些研究成果。如專利“全尺度分布式與局部高精度共線的光纖傳感方法”（申請?zhí)枺簔l200810064168.3），提出采用光開關(guān)或耦合器將botda（r）與fbg解調(diào)儀集成構(gòu)成一個新的監(jiān)測系統(tǒng)。專利“基于布里淵光時域反射式光纖傳感和光纖光柵傳感的底板應(yīng)力監(jiān)測裝置和方法”（申請?zhí)枺簔l201220426263.x）和“管樁擊入土層的fbg-botda聯(lián)合傳感器檢測方法”（公開201310397789.4）采取了類似方案。文獻(xiàn)（journaloflightwavetechnology,2013,31:1559-1565；structuralhealthmonitoring,2010,9:341-346；internationaljournalofdistributedsensornetworks,2012；structuralcontrolandhealthmonitoring,2014,21:317-330。）也分別報道了同時將兩種光纖傳感技術(shù)應(yīng)用于輸電線、隧道、frp以及混凝土梁預(yù)應(yīng)力損失監(jiān)測。以上這些方案和應(yīng)用，其實質(zhì)是采用botda（r）與fbg解調(diào)儀雙系統(tǒng)，實現(xiàn)單纖共用。其中，光開關(guān)方案不能實現(xiàn)兩者的同時測試。耦合器方案中，通過簡單設(shè)計botdr與fbg解調(diào)儀可同時測試，兩者不會產(chǎn)生光信號間的相互干擾；但是botda和fbg同時測試過程中，由于botda是雙端測試系統(tǒng)，其探測光會進(jìn)入fbg解調(diào)儀，造成解調(diào)系統(tǒng)信噪比下降，尋峰不精確甚至尋不到峰。采用雙系統(tǒng)，會造成監(jiān)測成本上升，沒有實現(xiàn)真正意義上的技術(shù)融合。專利“用于工程結(jié)構(gòu)整體和局部應(yīng)變同時監(jiān)測的分布式光纖傳感器”（申請?zhí)枺?01110069430.5）采用單系統(tǒng)單纖的技術(shù)方案，使系統(tǒng)兼容光纖光柵和布里淵時域反射技術(shù)，降低了系統(tǒng)成本。該方案可作為基于單端測量的botdr技術(shù)和fbg傳感技術(shù)的融合，與基于光纖受激布里淵散射的傳感技術(shù)相比，其傳感距離和空間測試精度受到較大限制。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是如何提供一種可同時獲取更大范圍更高空間精度整體結(jié)構(gòu)信息以及局部關(guān)鍵位置靜、動態(tài)信息的混合光纖傳感系統(tǒng)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：一種混合光纖傳感系統(tǒng)，其特征在于：包括激光器、光纖耦合器、連續(xù)探測光路、泵浦脈沖光路、傳感光纖、第二光纖環(huán)形器和控制系統(tǒng)，所述激光器的輸出端經(jīng)光纖耦合器后分為兩路，第一路與所述連續(xù)探測光路的輸入端連接，第二路與所述泵浦脈沖光路的輸入端連接，所述連續(xù)探測光路的輸出端經(jīng)所述傳感光纖與第二光纖環(huán)形器的一個輸入端連接，所述泵浦脈沖光路的輸出端與所述第二光纖環(huán)形器的另一個輸入端連接，所述第二光纖環(huán)形器的輸出端與所述控制系統(tǒng)的輸入端連接。

進(jìn)一步的技術(shù)方案在于：所述連續(xù)探測光路包括第二光纖偏振控制器、第二光電調(diào)制器、第一光纖環(huán)形器、光纖光柵、第二光纖放大器和擾偏器。所述光纖耦合器的一個輸出端與所述第二光纖偏振控制器的輸入端連接，所述第二光纖偏振控制器的輸出端與所述第二光電調(diào)制器的輸入端連接，所述第二光電調(diào)制器的輸出端與所述第一光纖環(huán)形器的一個輸入端連接，所述光纖光柵與所述第一光纖環(huán)形器的另一個輸入端連接，所述第一光纖環(huán)形器的輸出端與所述第二光纖放大器的輸入端連接，所述第二光纖放大器的輸出端與所述擾偏器的輸入端連接，所述擾偏器的輸出端與所述傳感光纖的一端連接。

進(jìn)一步的技術(shù)方案在于：所述泵浦脈沖光路包括第一光纖偏振控制器、第一電光調(diào)制器、第三光纖偏振控制器、第三電光調(diào)制器、脈沖發(fā)生器、第一光纖放大器，所述光纖耦合器的一個輸出端與所述第一光纖偏振控制器的輸入端連接，所述第一光纖偏振控制器的輸出端與所述第一電光調(diào)制器的一個輸入端連接，所述第一電光調(diào)制器的輸出端與所述第三光纖偏振器的輸入端連接，所述第三光纖偏振器的輸出端與所述第三電光調(diào)制器的一個輸入端連接，所述脈沖發(fā)生器的輸出端與所述第三電光調(diào)制器的另一個輸入端連接，所述第三電光調(diào)制器的輸出端與所述第一光纖放大器的輸入端連接，所述第一光纖放大器的輸出端與所述第二光纖環(huán)形器的一個輸入端連接。

進(jìn)一步的技術(shù)方案在于：所述控制系統(tǒng)包括第三光纖環(huán)形器、光纖f-p濾波器、鋸齒波發(fā)生器、第一光電探測器、帶通濾波器、第二光電探測器和信號采集與控制器，所述第二光纖環(huán)形器的輸出端與所述第三光纖環(huán)形器的輸入端連接，所述第三光纖環(huán)形器的一個輸出端與所述光纖f-p濾波器的一個輸入端連接，所述鋸齒波發(fā)生器的輸出端與所述光纖f-p濾波器的另一個輸入端連接，所述光纖f-p濾波器的輸出端經(jīng)所述第一光電探測器與所述信號采集與控制器的一個輸入端連接，所述第三光纖環(huán)形器的另一個輸出端與所述帶通濾波器的輸入端連接，所述帶通濾波器的輸出端經(jīng)所述第二光電探測器與所述信號采集與控制器的另一個輸入端連接，所述信號采集與控制器的一個控制輸出端與所述鋸齒波發(fā)生器的控制端連接。

進(jìn)一步的技術(shù)方案在于：所述傳感光纖上設(shè)有光纖光柵陣列。

進(jìn)一步的技術(shù)方案在于：所述光纖光柵陣列包括兩個以上的光纖光柵。

采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于：所述的連續(xù)探測光路、泵浦脈沖光路和傳感光纖構(gòu)成基于雙端測量的受激布里淵散射光路；同時，所述的泵浦脈沖光路為脈沖寬帶光，可作為光纖光柵陣列的主光源，當(dāng)所述的泵浦脈沖光路在某些波段的光功率低于連續(xù)探測光路的光功率時，由連續(xù)探測光為光纖光柵陣列提供光源；雙光源增加了系統(tǒng)穩(wěn)定性，擴展了傳感光纖中光纖光柵的使用帶寬，從而提高了可復(fù)用數(shù)量。

所述的光纖光柵陣列由后置光纖f-p濾波器進(jìn)行波長選擇，避免了雙端測量過程中連續(xù)探測光路或泵浦脈沖光路的光直接進(jìn)入第一光電探測器造成信噪比下降或信號被湮沒。

基于連續(xù)探測光路的光纖光柵陣列的透射光和基于泵浦脈沖光路的光纖光柵陣列的反射光，耦合后同時進(jìn)入第一光電探測器，此時信號采集與控制器兼具最大光強探測和最小光強探測兩種控制模式。

綜上，所述傳感系統(tǒng)通過對光纖光柵反射/透射和光纖受激布里淵散射信號的單系統(tǒng)單纖同步測量，可有效降低系統(tǒng)成本。通過光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計，可實現(xiàn)更大范圍、更高空間精度的結(jié)構(gòu)整體和局部關(guān)鍵應(yīng)變/溫度信息的靜態(tài)和動態(tài)同時提取。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例所述混合光纖傳感系統(tǒng)的原理框圖；

其中：1、激光器2、光纖耦合器3、連續(xù)探測光路31、第二光纖偏振控制器32、第二光電調(diào)制器33、第一光纖環(huán)形器34、光纖光柵35、第二光纖放大器36、擾偏器4、傳感光纖41、光纖光柵5、泵浦脈沖光路51、第一光纖偏振控制器52、第一電光調(diào)制器53、第三光纖偏振控制器54、第三電光調(diào)制器55、脈沖發(fā)生器56、第一光纖放大器6、第二光纖環(huán)形器7、控制系統(tǒng)71、第三光纖環(huán)形器72、光纖f-p濾波器73、鋸齒波發(fā)生器74、第一光電探測器75、帶通濾波器76、第二光電探測器77、信號采集與控制器。

具體實施方式

下面結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施例的限制。

如圖1所示，本發(fā)明實施例公開了一種混合光纖傳感系統(tǒng)，包括激光器1、光纖耦合器2、連續(xù)探測光路3、傳感光纖4、泵浦脈沖光路5、第二光纖環(huán)形器6和控制系統(tǒng)7。所述激光器1的輸出端經(jīng)光纖耦合器2后分為兩路，第一路與所述連續(xù)探測光路3的輸入端連接，第二路與所述泵浦脈沖光路5的輸入端連接，所述連續(xù)探測光路3的輸出端經(jīng)所述傳感光纖4與第二光纖環(huán)形器6的一個輸入端連接，所述泵浦脈沖光路5的輸出端與所述第二光纖環(huán)形器6的另一個輸入端連接，所述第二光纖環(huán)形器6的輸出端與所述控制系統(tǒng)7的輸入端連接。

優(yōu)選的，所述激光器1為窄線寬激光器。所述傳感光纖4上設(shè)有光纖光柵陣列，所述光纖光柵陣列包括兩個以上的光纖光柵41。

進(jìn)一步的，如圖1所示，所述連續(xù)探測光路包括第二光纖偏振控制器31、第二光電調(diào)制器32、第一光纖環(huán)形器33、光纖光柵34、第二光纖放大器35和擾偏器36。所述光纖耦合器2的一個輸出端與所述第一光纖偏振控制器31的輸入端連接，所述第二光纖偏振控制器31的輸出端與所述第二光電調(diào)制器32的輸入端連接，所述第二光電調(diào)制器32的輸出端與所述第一光纖環(huán)形器33的一個輸入端連接，所述光纖光柵34與所述第一光纖環(huán)形器33的另一個輸入端連接，所述第一光纖環(huán)形器33的輸出端與所述第二光纖放大器35的輸入端連接，所述第二光纖放大器35的輸出端與所述擾偏器36的輸入端連接，所述擾偏器36的輸出端與所述傳感光纖4的一端連接。

進(jìn)一步的，如圖1所示，所述泵浦脈沖光路5包括第一光纖偏振控制器51、第一電光調(diào)制器52、第三光纖偏振控制器53、第三電光調(diào)制器54、脈沖發(fā)生器55、第一光纖放大器56。所述光纖耦合器2的一個輸出端與所述第一光纖偏振控制器51的輸入端連接，所述第一光纖偏振控制器51的輸出端與所述第一電光調(diào)制器52的一個輸入端連接，所述第一電光調(diào)制器52的輸出端與所述第三光纖偏振器53的輸入端連接，所述第三光纖偏振器53的輸出端與所述第三電光調(diào)制器54的一個輸入端連接，所述脈沖發(fā)生器55的輸出端與所述第三電光調(diào)制器54的另一個輸入端連接，所述第三電光調(diào)制器54的輸出端與所述第一光纖放大器56的輸入端連接，所述第一光纖放大器56的輸出端與所述第二光纖環(huán)形器6的一個輸入端連接。

進(jìn)一步的，如圖1所示，所述控制系統(tǒng)7包括第三光纖環(huán)形器71、光纖f-p濾波器72、鋸齒波發(fā)生器73、第一光電探測器74、濾波器75、第二光電探測器76和信號采集與控制器77。所述第二光纖環(huán)形器6的輸出端與所述第三光纖環(huán)形器71的輸入端連接，所述第三光纖環(huán)形器71的一個輸出端與所述光纖f-p濾波器72的一個輸入端連接，所述鋸齒波發(fā)生器73的輸出端與所述光纖f-p濾波器72的另一個輸入端連接，所述光纖f-p濾波器72的輸出端經(jīng)所述第一光電探測器74與所述信號采集與控制器77的一個輸入端連接，所述第三光纖環(huán)形器71的另一個輸出端與所述帶通濾波器75的輸入端連接，所述帶通濾波器75的輸出端經(jīng)所述第二光電探測器76與所述信號采集與控制器77的另一個輸入端連接，所述信號采集與控制器77的一個控制輸出端與所述鋸齒波發(fā)生器73的控制端連接。

所述的泵浦脈沖光路5提供脈沖寬帶光，主要覆蓋1510nm-1600nm波段，可作為光纖光柵陣列41的主光源；而在1460nm-1510nm波段，所述的泵浦脈沖光路5的光功率低于連續(xù)探測光路3的光功率，此時由連續(xù)探測光路為光纖光柵陣列41提供光源；雙光源增加了系統(tǒng)穩(wěn)定性，擴展了傳感光纖4中光纖光柵的使用帶寬，從而提高了可復(fù)用數(shù)量。同時，為了不干擾光纖受激布里淵散射信號的探測，所述光纖光柵波長應(yīng)避開1550nm附近；進(jìn)一步地，為獲取較好的信噪比，光纖光柵波長應(yīng)避開泵浦脈沖光路5和連續(xù)探測光路3的光功率交叉點附近，綜合考慮可優(yōu)選1460nm-1515nm波段、1525nm-1545nm、1555nm-1575nm和1585nm-1600nm。

濾波器75為帶通濾波器，帶寬優(yōu)選為1545nm-1555nm，用于將光纖光柵陣列41的反射光和透射光通過第三光纖環(huán)形器71的一個輸出端引入光纖f-p濾波器72進(jìn)行波長選擇；通過帶通濾波器75的光進(jìn)入第二光電探測器76作為受激布里淵散射的探測端。

光纖光柵陣列41由后置光纖f-p濾波器72進(jìn)行波長選擇，避免了雙端測量過程中連續(xù)探測光路3或泵浦脈沖光路5發(fā)出的光直接進(jìn)入第一光電探測器74造成信噪比下降或信號被湮沒。

基于連續(xù)探測光路3的光纖光柵陣列41的透射光和基于泵浦脈沖光路5的光纖光柵陣列41的反射光耦合后同時進(jìn)入第一光電探測器74，此時信號采集與控制器77兼具最大光強探測和最小光強探測兩種控制模式，且均保證較好的信噪比。