使用了布里渊光纤传感器的物理量测量方法技术

本发明专利技术提供一种使用了布里渊光纤传感器的物理量测量方法，其可以使用两种脉冲光和由此取得的两种反向散射光，作为被进一步提高的空间分辨率来测量有关有关结构体的物理量及其分布。本发明专利技术涉及一种方法，即，将光纤设置在结构体上，将其脉冲宽度相互各异的各脉冲光设定为一对，并依次在光纤中行进，并在获得各反向散射光以及各布里渊增益谱后，从各布里渊增益谱的对比中算出标准谱，据此，获得布里渊频率。由此获得的布里渊频率乘以有关有关结构体的物理量换算系数，即可获得有关该物理量。根据本发明专利技术的方法，使可取得检测信号的光纤区间变短，其结果可以提高空间分辨率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种使用光纤以及光纤的布里渊散射(Brillouinscattering)来测量静态结构体(桥梁、建筑物等)、或动态结构体(飞机、汽车等)的物理变化(例如，温度、变形率等)的方法，更详细地讲，涉及一种使用布里渊光纤传感器的物理量测量方法，它利用两种脉冲光和由此取得的两种反向散射光，作为更进一步被提高的空间分辨率，可测量出有关结构体的物理量及其分布。
技术介绍
众所周知，布里渊散射通常与在气体、液体或固体内由物理地激励的分子运动所产生的声波相关。目前，正在开发一种将这种布里渊散射应用于光纤的布里渊光纤传感器。关于布里渊传感器结构，当脉冲光在光纤中传输时，与光纤内部的振动波作用从而散射在不同于上述脉冲光的频带范围内。当向光纤加入特定物理量(热、负载等)时，由此激励的光纤分子将形成声波，从而与脉冲光相作用。因此，散射的脉冲光具有与通过声波入射时不同的频率，通过检测该频率，可测量有关物理量，因此，可作为检测装置来使用。图8为现有技术的布里渊传感器的结构图，图9为使用图8所示的传感器测量特定结构体的分布温度并获得的布里渊增益谱。首先，如图8所示，在光纤10的两端，相对配置有向光纤传输脉冲光以及探测光的各光源部分20、30。配置在光纤10的一端的第一光源部分20中，向光纤10的另一端传输泵浦脉冲光(pumping pulse light)。配置在光纤10的另一端的第二光源部分30中，向光纤10的一端传输连续波形的探测光(continous wave probe light)。另外，在各光源部分20、30间露出的光纤10的区间，通过安装在特定结构体(例如，建筑物、桥梁)上，而作为检测区间发挥作用。而且，如果在光纤10上连接光接收机40，则安装在上述结构体的光纤10部分将作为检测装置工作，可以根据结构体的温度变化，比较被传输的散射光频率、泵浦脉冲光以及探测光的频率差异，而且，温度变化越激烈，散射光频率也就越高，因此，由此可设置一可测量温度的装置结构。当在光纤10的两端配置泵浦脉冲光和探测光并使光入射到光纤10时，设泵浦脉冲光的频率为νp、探测光频率为νcw，则脉冲光和探测光的频率差为Δν＝νp-νcw。如果通过调整频率使该Δν与光纤10的布里渊频率迁移(shift)一致，那么，根据感应布里渊散射，泵浦脉冲光用探测光进行光能变换，由此，探测光在光迁移10内进行布里渊光放大。由此，可容易解释布里渊信号。放大的探测光的光信号，由光接收机40变换为电信号，根据Δν以及光接收机检测的时间，该电信号具有如图9所示的布里渊增益谱特性。安装/设置在结构体表面的光纤10，如果经过温度等引起的变化，有关光纤10的布里渊频率数值如图9所示进行变化。如果探测光和泵浦脉冲光汇合，光纤分子被热激励而产生规定的声音振动，从而生成布里渊散射光。这样的布里渊散射放大现象，是在最初入射的脉冲光和探测光的频率差异为一定值时产生的，这就是布里渊频率数值。该布里渊频率作为光纤自身的物性，与从外部作用的温度、变形率的物理量成比例变化。该频率迁移值，是在与上述Δν一致时，可观察到最大输出。在图2中，用将Δν值设定为10.8GHz、10.85GHz、10.9GHz、10.95GHz的频率显示轴、光密度轴mW、光纤10的检测区间的设置距离km表示频率迁移值的分布。由此表示温度变化的例示图如上部所示。设定更多的上述Δν的频率变化阶段，可得到更精密的分布。但是，现有技术的布里渊传感器结构存在以下问题结构上，为了获得关于作为基准而设定的上述Δν的数据，需要在光纤10的两端上配置两个光源部，即第一光源部20以及第二光源部30；及，为了通过第二光源部分30的探测光以脉冲光的形式发射而得到测量结果，需要很长时间。因此，如果适用于大型结构体时，存在无法及时掌握引起温度变化的主要因素，例如发生火灾时等缺陷。由此，在布里渊光纤传感器结构中，将光纤作为检测部分使用的同时，在特定位置所测量的物理量在多长的范围内作为检测区间是有效的问题，是至关重要的。因此，在布里渊光纤传感器结构中，将在任意位置的测量值作为基准，受分布物理量的影响的区间大小(或者长度)称为空间分辨率。即，如果某光纤传感器结构的空间分辨率为1m，则意味着在有关区间的光纤长度1m以内可得到一个检测信号。在光纤传感器结构中，该空间分辨率直接与其泵浦脉冲光的宽度成比例。泵浦脉冲光在光纤中向后方散射的区间，是脉冲光在光纤内部所占长度的1/2倍，因此，当脉冲宽度为10nsec时，考虑到在光纤内部行进的光速约为200,000km/s，则根据200,000km/s×10nsec×1/2的计算，得到空间分辨率为1m。因此，使用具有10nsec脉冲宽度的泵浦脉冲光使光纤传感器结构工作时，将得到具有1m空间分辨率的信号。而且，欲在光纤的有关长度中获得最精密的信号，需要减小空间分辨率来工作。但是，此时，泵浦脉冲光的能量变小，从而产生引起散射光放大的放大率下降的问题。通常，为了引起布里渊散射，需至少使用大于等于10nsec的脉冲光之后，才会产生布里渊散射光放大，在小于等于50nsec的脉冲宽度中，布里渊散射谱的谱线宽将大大增加，从而决定增益最高点，但有时此种做法存在一定难度。
技术实现思路
鉴于上述现有技术缺陷，本专利技术的第一目的在于提供一种，其利用脉冲相互各异的一对脉冲光，对比所获得的各增益谱，从而可以测量物理量。而且，本专利技术的第二目的在于提供一种，由各增益谱的对比而获得反向散射光的累积空间短的标准谱，根据该标准谱测量物理量，从而可以在短的光纤区间中测量检测信号，由此，可大幅提高空间分辨率。该测量方法，主要由图8的控制器50实现。关于本专利技术的目的等，可以通过而实现。在使用了光纤的布里渊散射的物理量测量方法中，包括步骤S1000，将光纤100作为检测装置设置在规定的结构体上；步骤S2000，选定脉冲宽度各异且构成脉冲宽度对比对的第一脉冲光以及第二脉冲光；步骤S3000，使各脉冲光在上述光纤100中依次行进，从而获得各布里渊增益谱；步骤S4000，对比各布里渊增益谱，从而获得标准谱；步骤S5000，从标准谱中决定位于最高点的布里渊频率；步骤S6000，将待测量的有关物理量的换算系数乘以上述布里渊频率，从而算出/获得有关物理量。在此，优选方式是，取得各布里渊增益谱的步骤S3000由步骤S3100和步骤S3200组成。步骤S3100是，其使脉冲宽度相对大的第一脉冲光在光纤100中行进，并使有关探测光行进，从而获得第一布里渊增益谱；步骤S3200是，其使脉冲宽度相对小的第二脉冲光在光纤100中进行，并使有关探测光行进，从而获得第二布里渊增益谱。而且，在获得标准谱的步骤S4000中，优选方式是，将第一布里渊增益谱分给第二布里渊增益谱，从而算出上述标准谱。而且，优选方式是，取得上述第一布里渊增益谱的步骤S3100包括步骤S3110，将有关探测光的频率在规定频率照射范围内设定为最初频率；步骤S3120，使第一脉冲光以及有关探测光行进，获得第一反向散射光。步骤S3130，以设定的平均化次数反复取得第一反向散射光，并进行平均化处理；步骤S3140，判断平均化处理次数是否完成；步骤S3150，当未完成时，从第一反向散射光的取得步骤S3120再继续本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用了布里渊光纤传感器的物理量测量方法，其特征在于：在使用了光纤的布里渊散射的物理量测量方法中，包括：步骤Ｓ１０００，将光纤１００作为检测装置设置在规定的结构体上；步骤Ｓ２０００，选定脉冲宽度各异、且构成脉冲宽度对比对的 第一脉冲光以及第二脉冲光；步骤Ｓ３０００，使所述各脉冲光在所述光纤１００中依次行进，从而获得各布里渊增益谱；步骤Ｓ４０００，对比所述各布里渊增益谱，并获得标准谱；步骤Ｓ５０００，从所述标准谱中决定位于最高点的布里渊频 率；及步骤Ｓ６０００，将需要测量的有关有关物理量的换算系数乘以所述布里渊频率，并算出／获得有关有关物理量。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：权日凡，尹东珍，李正州，金相勋，
申请(专利权)人：韩国科学技术院，韩国标准科学研究院，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]