【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光纤传感和分布式多参量监测，更具体地说，涉及一种基于石墨烯暗脉冲激光的双芯fbg阵列探测系统。
技术介绍
1、随着科学技术的发展和物联网应用要求的提高，光纤传感网络正在向大容量和多参量测量方向发展，基于瑞利散射、布里渊散射、拉曼散射的分布式光纤传感网络为高电压、强磁场干扰、大电流、复杂几何空间、易燃、易爆等恶劣环境的空间上连续分布各点的温度、应变等物理参量的测量提供了可行的新手段。
2、受限于技术原理，基于布里渊散和基于拉曼散射的分布式光纤传感系统响应速度与空间分辨率都较低，复杂昂贵的系统也限制了两类分布式测量技术的工程化应用。基于瑞利散射的分布式光纤传感系统响应速度快、灵敏度高，但系统的信噪比较低，测量精度与空间分辨率低，难以实现对温度和应变的定量检测等。
3、目前，可实现同时监测温度和应变参数的光纤传感系统主要有以下几种：
4、1.利用布里渊频移和功率对温度和应变都敏感的特性，根据二元一次方程组解算温度和应变。该方法中布里渊散射功率的低信噪比会导致温度和应变测量精度的大幅下降，而且己敷设传感光纤的功率初值难以确定，这些都制约了该方法的工程应用。
5、2.利用布里渊频移和拉曼散射信号解算温度和应变。该方法可有效区分温度和应变，但使用单模光纤测量温度的拉曼设备价格昂贵，两台设备更导致成本上升，而且两台设备测量的数据存在融合与配准问题。
6、在光通信和光纤传感应用领域中,暗脉冲作为一种新型脉冲激光，暗脉冲不仅可以实现传统脉冲相同的功能,而且具有噪声更低、损耗
7、相比现有基于散射光信号进行分布式探测的光纤传感器，光纤光栅具有更高的信噪比，传感功能也更加丰富，但是，对温度与应变等静态量信号还只是一种准分布式测量。并且由于光纤对温度与应变的交叉敏感，通过另外加一根只感温光纤的方式很难保证该光纤不受到应力的扰动，温度补偿光栅与测量光栅的位置偏差等都会造成测量精度难以保证，在工程应用中存在困难。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，针对现有技术的缺陷和不足，本专利技术提供一种基于石墨烯饱和吸收体被动锁模的暗脉冲激光与双芯fbg阵列相结合的多参量分布式传感监测系统，利用单根双芯光纤实现空间高密度的温度和应变测量。
2、本方案的技术解决方案是：
3、一种基于石墨烯暗脉冲激光调制的双芯fbg阵列探测系统，包括980nm光源(1)、光隔离器(2)、偏振控制器(3)、掺镱光纤(4)、波分复用器(5)、石墨烯饱和吸收体(6)、光纤耦合器(7)、光纤分路器(8)、光环形器(9、10)、双芯fbg阵列(11)、光探测器(12、13)、信号解调模块(14)和计算机(15)等组成。
4、所述980nm光源(1)作为抽运源，通过980nm/1060nm波分复用器(5)将抽运光耦合入环形腔，掺镱光纤作为增益介质，利用石墨烯饱和吸收体(6)在环形腔中形成被动锁模得到暗脉冲激光，通过分光比20：80的光纤耦合器(7)输出送给双芯fbg传感阵列。
5、所述偏振无关的光隔离器(2)可以更好地保证了环形腔内光的单向传输,同时提高输出暗脉冲锁模激光的信噪比。
6、所述偏振控制器(3)用来调节环形腔中激光的偏振态,优化脉冲激光输出，同时使环形腔内激光被动锁模更容易启动。
7、基于石墨烯暗脉冲激光调制的双芯fbg阵列探测系统，其特征在于，暗脉冲激光由光纤耦合器(7)输出后通过分路器(8)，分别由光纤环形器(9、10)注入到双芯fbg阵列(11)中，经各处的fbg反射后的激光，再次通过光纤环形器(9、10)，输出给光电探测器(12、13)；双路光电探测器完成光电转换后输出的电信号送给信号解调模块(14)，信号解调模块完成两路电信号的采集、存储以及预处理，温度和应变的估算由计算机(15)中的软件完成。
8、双芯fbg阵列探测系统对输入的暗脉冲激光作为探测光源，基于双芯光纤光栅阵列和瑞利散射分布式传感技术相结合工作原理，当光纤上的多点处双芯fbg感知到被测物体的应变和温度两个参量发生变化时，由于双芯fbg的应变和温度系数不一样，通过构建解耦方程，根据测量到一组波长偏移量，来实现温度和应变的高空间分辨率、高精度分布式测量。
9、由于采用了上述的技术方案，本专利技术具有如下优越性：
10、1、本专利技术将石墨烯暗脉冲激光和ofdr技术相结合，利用不同系数的fbg在时域上交替实现对同一测试点原位监测，具有不同温度/应变的敏感系数，通过暗脉冲光源作为探测光源，既保持了光栅阵列可以分布式大容量监测的优势，又可以实现多参量的同时监测技术，借助暗脉冲锁模激光的高能量优点，可以实现长距离、高空间分辨率和大动态范围的测量。
11、2、本专利技术相对于拉曼和布里渊分布式传感系统，本系统结构简单，响应速度快，空间分辨率高，项目的研究成果将可直接应用于油气管线、高速铁路、大型建筑物等领域的监测，具有很高的经济与社会价值，应用前景十分广泛。
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1.一种基于石墨烯暗脉冲激光调制的双芯FBG阵列探测系统，其特征在于，包括980nm光源(1)、光隔离器(2)、偏振控制器(3)、掺镱光纤(4)、波分复用器(5)、石墨烯饱和吸收体(6)、光纤耦合器(7)、光纤分路器(8)、光环形器(9、10)、双芯FBG阵列(11)、光探测器(12、13)、信号解调模块(14)和计算机(15)组成。
2.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于，所述980nm光源(1)作为抽运源，通过波分复用器(5)将抽运光耦合入环形腔，掺镱光纤作为增益介质，利用石墨烯饱和吸收体(6)在环形腔中被动锁模得到暗脉冲激光，通过分光比20：80的光纤耦合器(7)输出。
3.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于，所述偏振无关的光隔离器(2)更好地保证了环形腔内光的单向传输,提高输出激光的信噪比。
4.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于，所述偏振控制器(3)用来调节激光腔的偏振态,优化脉冲激光输出，同时使环形腔内激光被动锁模更容易启动。
5.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于，暗脉冲激光由光纤耦合器(7)输
6.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于，系统采用双芯光纤光栅阵列和瑞利散射分布式传感技术相结合，实现温度和应变的高空间分辨率、高精度分布式测量。
...【技术特征摘要】
1.一种基于石墨烯暗脉冲激光调制的双芯fbg阵列探测系统，其特征在于，包括980nm光源(1)、光隔离器(2)、偏振控制器(3)、掺镱光纤(4)、波分复用器(5)、石墨烯饱和吸收体(6)、光纤耦合器(7)、光纤分路器(8)、光环形器(9、10)、双芯fbg阵列(11)、光探测器(12、13)、信号解调模块(14)和计算机(15)组成。
2.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于，所述980nm光源(1)作为抽运源，通过波分复用器(5)将抽运光耦合入环形腔，掺镱光纤作为增益介质，利用石墨烯饱和吸收体(6)在环形腔中被动锁模得到暗脉冲激光，通过分光比20：80的光纤耦合器(7)输出。
3.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于，所述偏振无关的光隔离器(2)更好地保证了环形腔内光的单向传输,提高输出激光的信噪比。
【专利技术属性】
技术研发人员：冒燕，童杏林，王有丽，魏敬闯，杨家鼎，褚维达，陈龙，
申请(专利权)人：武汉理工大学威海研究院，
类型：发明
国别省市：
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