本發(fā)明涉及分布式光纖傳感，具體為面向管道泄漏的混沌時頻梳相關探測的拉曼光纖傳感裝置。

背景技術：

1、在管道輸送領域內，管道是輸送石油、天然氣等能源和化學品的主要通道，一旦發(fā)生泄漏，不僅會造成巨大的經(jīng)濟損失，還可能導致嚴重的環(huán)境污染和安全事故，管道泄漏檢測的重要性不言而喻。

2、近年來，分布式光纖傳感技術憑借其分布式、電絕緣、耐腐蝕、抗電磁等優(yōu)點，已在管道泄漏檢測領域得到廣泛應用。通過在管道周圍布設傳感光纖，可以實時監(jiān)測管道的溫度、應變等變化，從而快速發(fā)現(xiàn)并定位泄漏點。

3、但目前的拉曼分布式光纖傳感技術存在以下限制：

4、一、現(xiàn)有技術中，基于拉曼散射的分布式光纖傳感技術受限于脈沖寬度，其空間分辨率低，難以突破1?m；

5、二、現(xiàn)有技術中，拉曼分布式光纖傳感技術的探測方法存在信噪比較低的技術瓶頸，其傳感距離近，空間分辨率受限，無法超過100?km，無法滿足要求。

6、為了解決上述問題，本發(fā)明提出面向管道泄漏的混沌時頻梳相關探測的拉曼光纖傳感裝置。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為了解決目前拉曼分布式光纖傳感技術受限于脈沖寬度，其空間分辨率低，同時受困于信噪比較低的技術瓶頸，傳輸距離無法突破等技術問題，提供了面向管道泄漏的混沌時頻梳相關探測的拉曼光纖傳感裝置。

2、本發(fā)明采用如下技術方案實現(xiàn)：

3、面向管道泄漏的混沌時頻梳相關探測的拉曼光纖傳感裝置，包括fp半導體激光器，fp半導體激光器的輸出端與偏振控制器連接，偏振控制器與第一光耦合器的第一端口連接，第一光耦合器的第二端口經(jīng)過光衰減器與環(huán)形器的第二端口連接，環(huán)形器的第一端口連接可調諧布拉格光柵，環(huán)形器的第三端口與第二光耦合器的第三端口連接；第二光耦合器的第一端口通過摻鉺光纖放大器與第一光耦合器的第三端口連接，第二光耦合器的第二端口與半導體光調制器的輸入端連接，半導體光調制器與脈沖梳列發(fā)生器連接，半導體光調制器的輸出端與第三光耦合器的輸入端連接，第三光耦合器的第一輸出端與第一光電探測器的輸入端連接，第一光電探測器的輸出端經(jīng)采集卡與計算機連接。

4、實施時，本發(fā)明所設計的面向管道泄漏的混沌時頻梳相關探測的拉曼光纖傳感裝置，包括fp半導體激光器輸出激光，fp半導體激光器的輸出端與偏振控制器連接，偏振控制器與第一光耦合器的第一端口連接，第一光耦合器的第二端口經(jīng)過光衰減器與環(huán)形器的第二端口連接，環(huán)形器的第一端口連接可調諧布拉格光柵，使激光輸入后反射，反射的激光從環(huán)形器的第一端口進入，并由環(huán)形器的第三端口輸出，環(huán)形器的第三端口與第二光耦合器的第三端口連接；第二光耦合器的第一端口通過摻鉺光纖放大器與第一光耦合器的第三端口連接，反饋光信號，從而調制出高維調諧混沌激光；第二光耦合器的第二端口與半導體光調制器的輸入端連接，半導體光調制器與脈沖梳列發(fā)生器連接，半導體光調制器的輸出端與第三光耦合器的輸入端連接，第三光耦合器的第一輸出端與第一光電探測器的輸入端連接，第一光電探測器的輸出端經(jīng)采集卡與計算機連接。

5、進一步地，第三光耦合器的第二輸出端與脈沖摻鉺光纖放大器的輸入端連接，所述脈沖摻鉺光纖放大器的輸出端與第一波分復用器的輸入端連接，所述第一波分復用器的輸出端經(jīng)第一光開關與第一高靈敏度光放大器的輸入端連接，所述第一高靈敏度光放大器的輸出端與第二光電探測器的輸入端連接，所述第二光電探測器的輸出端經(jīng)采集卡與計算機連接。

6、進一步地，第一波分復用器的旁路端口通過傳感光纖與第二波分復用器的輸入端連接，所述第二波分復用器的輸出端經(jīng)第二光開關與第二高靈敏度光放大器的輸入端連接，所述第二高靈敏度光放大器的輸出端與第三光電探測器的輸入端連接，所述第三光電探測器的輸出端經(jīng)采集卡與計算機連接。

7、進一步地，計算機根據(jù)采集到的第一光電探測器、第二光電探測器和第三光電探測器的探測信息，解調出傳感光纖沿線的分布式溫度信息。

8、與現(xiàn)有技術相比本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明基于不同波長、不同梳列狀態(tài)下的高維調諧混沌激光可激發(fā)不同混沌態(tài)的拉曼反斯托克斯非線性雙向散射信號，通過引入高維調諧混沌激光和混沌相關分析等技術，為管道安全運營和環(huán)境保護做出重要貢獻，并為相關行業(yè)帶來顯著的經(jīng)濟和社會效益，為管道安全運營和環(huán)境保護做出重要貢獻。

9、相比于傳統(tǒng)單反饋混沌激光信號，混沌激光時頻梳列利用脈沖梳的高耦合光通量與“指針”定位能力可提高耦合入傳感光纖的光通量，進而有效提升傳感距離。此外，本項目基于高維調諧混沌激光的皮秒級窄帶相關峰可從原理上將傳感空間分辨率提升至厘米級，可突破傳統(tǒng)拉曼散射分布式光纖傳感技術空間分辨率受脈沖光時域反射定位原理和光源脈寬的限制。

技術特征：

1.面向管道泄漏的混沌時頻梳相關探測的拉曼光纖傳感裝置，其特征在于：包括fp半導體激光器（1），所述fp半導體激光器（1）的輸出端與偏振控制器（2）連接，所述偏振控制器（2）與第一光耦合器（3）的第一端口（3a）連接，所述第一光耦合器（3）的第二端口（3b）經(jīng)過光衰減器（4）與環(huán)形器（5）的第二端口（5b）連接，所述環(huán)形器（5）的第一端口（5a）連接可調諧布拉格光柵（6），所述環(huán)形器（5）的第三端口（5c）與第二光耦合器（8）的第三端口（8c）連接；所述第二光耦合器（8）的第一端口（8a）通過摻鉺光纖放大器（7）與第一光耦合器（3）的第三端口（3c）連接，所述第二光耦合器（8）的第二端口（8b）與半導體光調制器（9）的輸入端連接，所述半導體光調制器（9）與脈沖梳列發(fā)生器（10）連接，所述半導體光調制器（9）的輸出端與第三光耦合器（11）的輸入端連接，所述第三光耦合器（11）的第一輸出端與第一光電探測器（20）的輸入端連接，所述第一光電探測器（20）的輸出端經(jīng)采集卡（23）與計算機（24）連接。

2.根據(jù)權利要求1所述的面向管道泄漏的混沌時頻梳相關探測的拉曼光纖傳感裝置，其特征在于：所述第三光耦合器（11）的第二輸出端與脈沖摻鉺光纖放大器（12）的輸入端連接，所述脈沖摻鉺光纖放大器（12）的輸出端與第一波分復用器（14）的輸入端（14a）連接，所述第一波分復用器（14）的輸出端（14b）經(jīng)第一光開關（16）與第一高靈敏度光放大器（18）的輸入端連接，所述第一高靈敏度光放大器（18）的輸出端與第二光電探測器（21）的輸入端連接，所述第二光電探測器（21）的輸出端經(jīng)采集卡（23）與計算機（24）連接。

3.根據(jù)權利要求1所述的面向管道泄漏的混沌時頻梳相關探測的拉曼光纖傳感裝置，其特征在于：所述第一波分復用器（14）的旁路端口（14c）通過傳感光纖（13）與第二波分復用器（15）的輸入端連接，所述第二波分復用器（15）的輸出端經(jīng)第二光開關（17）與第二高靈敏度光放大器（19）的輸入端連接，所述第二高靈敏度光放大器（19）的輸出端與第三光電探測器（22）的輸入端連接，所述第三光電探測器（22）的輸出端經(jīng)采集卡（23）與計算機（24）連接。

4.根據(jù)權利要求1所述的面向管道泄漏的混沌時頻梳相關探測的拉曼光纖傳感裝置，其特征在于：所述計算機（24）根據(jù)采集到的第一光電探測器（20）、第二光電探測器（21）和第三光電探測器（22）的探測信息，解調出傳感光纖沿線的分布式溫度信息。

技術總結
本發(fā)明涉及分布式光纖傳感技術領域，公開了面向管道泄漏的混沌時頻梳相關探測的拉曼光纖傳感裝置，包括FP半導體激光器，F(xiàn)P半導體激光器的輸出端與偏振控制器連接，偏振控制器與第一光耦合器的第一端口連接，第一光耦合器的第二端口經(jīng)過光衰減器與環(huán)形器的第二端口連接，環(huán)形器的第一端口連接可調諧布拉格光柵，環(huán)形器的第三端口與第二光耦合器的第三端口連接；第二光耦合器的第一端口通過摻鉺光纖放大器與第一光耦合器的第三端口連接，第二光耦合器的第二端口與半導體光調制器的輸入端連接，半導體光調制器與脈沖梳列發(fā)生器連接，半導體光調制器的輸出端與第三光耦合器的輸入端連接，第三光耦合器的第一輸出端與第一光電探測器的輸入端連接，第一光電探測器的輸出端經(jīng)采集卡與計算機連接。

技術研發(fā)人員：季鈺承,李健,張明江
受保護的技術使用者：太原理工大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/9