专利名称：一种基于光纤布里渊散射原理的海水温度剖面测量方法
技术领域：
本发明涉及一种沿深度方向测量海水温度分布情况的方法，属测量技术领域。
背景技术：
海水温度是海洋调查、监测中的重要内容，是海洋水文、气象观测及调查中不可或缺的技术参数。海水温度剖面的测量对研究海洋科学、海洋环境监测、季节气候预测以及海 洋渔业等有十分重要的实用意义。所谓海水温度剖面测量是指沿深度方向测量海水温度分 布情况。需要给出水深和相应深度的温度信息，长时间实时观测还需要给出观测时间。国内外用于海水温度剖面测量的主要设备是温盐深海洋观测仪(CTD)，仪器主要 由温度、盐度和压力三种传感器配以电子测量线路构成。它将数据采集器、数据传输单元和 电源等电子部件密封在高强度的压力容器内。CTD测温精确度可以达到0. OOrc等级，它通 过吊放在不同深度逐点巡测温度、盐度和深度，缺点是不能实现实时和长时间同步观测温 度剖面的变化。中国专利“海水温度测量传感器链”提出了一种多探头阵列型准分布式传感器链 结构，其结构包括温度传感器、压力传感器、浮子、钢缆、吊挂钢柱、承重钢柱和屏蔽电缆线。 其中，灌封式热敏电阻温度传感器镶嵌在浮子上，浮子以5cm至IOOcm间距配置在钢缆上， 钢缆的两端分别用钢缆钢套和钢丝夹子锁定在吊挂钢柱和承重钢柱的钢杯内。压力传感器 固定在测温链下端的承重钢柱的上部，一束33根各50m长的屏蔽电缆线由浮子的中心孔穿 过，作为传输电缆。另外，挪威AANDERAA公司的SEAGUARD传感器链系统采用多探头阵列型准分布式 传感器链结构，可以用来测量溶解氧、电导率、温度、电流、压力和潮汐等海洋环境参数，基 本部件包括传感器链和记录仪。该系统可以采用自容式工作方式，每次投放后开始记录测 量数据，经过一段时间的测量后，打捞出水面，提取记录仪中的存储数据进行分析处理。如 果选配实时采集和通信传输配件也可以实现实时测量。该系统可以设25个测量点，在每个 测量点采用传感器链固定夹具固定传感器，每个夹具中可以固定2个传感器。传感器链总 长可达300米，系统采用灌封式热敏电阻温度传感器。以上两种准分布式传感器链结构虽然克服了 CTD只能逐点巡测而不能实时测量 的缺点，但是温度链体积庞大，不方便使用绞车收放；整个系统的测量节点数量受供电容量 限制，难以满足空间分辨率高(观测节点密集)和测量深度范围大的应用要求；需要考虑海 水中的电绝缘和电信号传输过程中的抗干扰与屏蔽问题；只能测量固定的空间点位置温度 和深度信息，不能实现空间真正意义上的连续分布式测量。分布式光纤布里渊传感技术是一种新型的测量技术，具有只需一次测量即可获取 沿整个光纤被测场的连续分布信息、测量精度高、定位准确、传感距离远等独特优点。采用 分布式光纤布里渊传感技术实现海水温度剖面测量需要使用特殊的光缆，这种光缆应该能 满足耐受海水腐蚀、具有良好的抗拉和抗压性能、体积小、重量轻、易于布放等特殊要求；另 夕卜，由于海流的影响，光缆并不能保持理想的垂直姿态，其长度和实际的水深并不一致，所以要求海水温度剖面测量用光缆能同时感知温度和相应的水深信息。但现有光缆并不能满 足以上应用需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于光纤布里渊散射原理的海水温度剖面测量方法， 它可以实时和长时间地同步观测温度剖面动态变化，且能够实现空间点连续测量，不必考 虑电绝缘和抗干扰问题等优点。本发明所称问题是以下述技术方案实现的一种基于光纤布里渊散射原理的海水温度剖面测量方法，它将直接与海水接触的 压力传感光纤和屏蔽了海水压力的温度传感光纤组合在一起构成传感光缆，并由窄线宽激 光器、光耦合器、脉冲发生器、光调制器、光栅滤波器、光放大器、偏振控制器、环行器、光开 关、光电检测器和布里渊频移检测单元组成一个基于布里渊光时域反射原理的测量系统中 的测量部分，测量时将传感光缆放入海水中，窄线宽激光器发出的光信号经光耦合器分为 两路信号，一路输出光信号作为本振光，经第二偏振控制器控制本振光信号的偏振态；另一 路光信号经第一偏振控制器控制光信号的偏振态，经脉冲发生器和第一光调制器调制成脉 冲光，脉冲光经第一光放大器放大，由第一光栅滤波器滤除第一光放大器引入的自发热辐 射噪声，再经环形器和光开关进入传感光缆中的一条传感光纤中，传感光纤中产生的自发 布里渊背向散射光经环形器和第二光放大器及第二光栅滤波器，在光电检测器中与本振光 实现光域外差检测，最后由布里渊频移检测单元采用微波扫频方法从光电检测器输出电信 号中解调并求取沿传感光缆光纤长度分布的各散射点的布里渊频移信息，进而依据布里渊 频移和温度、对应不同海水深度的静压力的函数关系，得到沿传感光纤长度分布的海水深 度和温度分布，实现海水温度剖面的分布式测量。上述基于光纤布里渊散射原理的海水温度剖面测量方法，所述布里渊频移检测单 元由微波本振源、混频器、放大器、低通滤波器、数据采集卡及计算机组成，检测时，按一定 的频率间隔逐次调节微波本振源的频率从而遍历给定的频率范围，微波本振源输出的微波 信号与光电检测器输出的布里渊频移信号在混频器中进行混频，混频后的输出信号经放大 器放大和低通滤波器滤波，由数据采集卡采集数据并传输给计算机进行处理，对于沿光纤 长度分布的各散射点，计算机将在一个微波扫频周期内获得的所有数据进行洛伦兹拟合， 得到布里渊谱分布曲线，曲线中幅度最大点对应的频率便是该散射点的布里渊频移。本发明所称问题还可以采用另一技术方案实现一种基于光纤布里渊散射原理的海水温度剖面测量方法，它将直接与海水接触的 压力传感光纤和屏蔽了海水压力的温度传感光纤组合在一起构成传感光缆，并由窄线宽激 光器、光耦合器、脉冲发生器、第一光调制器、光放大器、扫频电光调制器、环行器、光栅滤波 器、光隔离器、扰偏器、光滤波器、光开关、布里渊频移检测单元组成一个基于布里渊光时域 分析原理的测量系统的测量部分；所述扫频电光调制器包括第二偏振控制器、扫频信号发 生器、第二光调制器；测量时传感光缆放入海水中，窄线宽激光器产生的光信号通过光耦合 器分为两路，一路光信号经第一偏振控制器控制光信号的偏振态，由脉冲发生器、第一光调 制器调制成窄脉冲光，经第一光放大器放大、第一光栅滤波器滤除第一光放大器产生的自 发辐射噪声，再经第一光隔离器、环形器、光开关进入传感光缆中的一条传感光纤；另一路光信号由扫频电光调制器产生约IlGHz频移的连续光信号，经光滤波器选取已调制信号的上边带，经第二光隔离器、扰偏器、光开关进入传感光缆中的另一条传感光纤；两条光纤在 水下经光纤连接器构成环路；当环路光纤中相向传输的两路光的频率差与光纤中某散射点 的布里渊频移一致时，光纤中在该散射点产生的受激布里渊散射信号最强；受激布里渊散 射信号通过光开关、环形器进入布里渊频移检测单元，由布里渊频移检测单元采用电光扫 频方法求取沿传感光缆光纤长度分布的各散射点的布里渊频移信息，进而依据布里渊频移 和温度、对应不同海水深度的静压力的函数关系，得到沿传感光纤长度分布的海水深度和 温度分布，实现海水温度剖面的分布式测量。上述基于光纤布里渊散射原理的海水温度剖面测量方法，所述布里渊频移检测单 元由光电检测器、放大器、低通滤波器、数据采集卡及计算机组成，光电检测器将受激布里 渊散射光信号转换为电信号，经放大器放大和低通滤波器滤波，由数据采集卡采集数据并 传输给计算机进行处理，对于沿光纤长度分布的各散射点，计算机将在一个微波扫频周期 内获得的所有数据进行洛伦兹拟合，得到布里渊谱分布曲线，曲线中幅度最大点对应的频 率便是该散射点的布里渊频移。上述两种技术方案中确定散射点位置的方法相同在t = 0时刻从光纤的一端发 送光脉冲，从t = 0开始在脉冲光的发送端可以接收到一系列的散射信号，测定某散射点对 应的散射信号与输入光脉冲之间的时间间隔t，依据公式L = Ct/(2η)确定该散射点与脉冲 光入射端之间的光纤长度L，式中c为真空中的光速，η为光纤的折射率。上述两种技术方案中使用的传感光缆相同，均由双扣不锈钢软管及其内部的温度 传感子光缆和压力传感子光缆组成，所述温度传感子光缆由温度传感光纤和套装在其外部 的不锈钢套管组成，所述压力传感子光缆由压力传感光纤和依次套装在其外部的弹簧管和 不锈钢丝编织网组成，所述压力传感光纤表面涂覆有聚氨酯压力敏感材料层。上述基于光纤布里渊散射原理的海水温度剖而测量方法，所述温度传感子光缆中 的温度传感光纤设置2 4条；所述压力传感子光缆设置两条。本发明所设计传感光缆的有益效果为双扣不锈钢软管具有良好的抗拉和抗侧 压性能，用于承重以便将光缆投放到设计深度；采用不锈钢套管具有良好的感温性能同时 抗海水压力，使用时入水终端密封防水，使温度传感光纤不受应力影响，提高温度测量的精 度；聚氨酯压力敏感材料具有较高的压力灵敏度，用于水深测量时可以改善空间分辨率，校 正光缆因海流而倾斜对于剖面测温结果的影响。弹簧管和不锈钢丝编织网用于增强光纤的 机械强度，易于晾干，抗腐蚀。本发明将基于光纤布里渊散射原理的测量技术应用于海水温度剖面的实时监测， 可以很好地解决现有测量温度链体积庞大、不能实现连续监测的问题，并且可以给出海水 剖面的连续温度场分布。
下面结合附图对本发明作进一步详述。图1是本发明所提出传感光缆的剖面图；图2是BOTDR光纤传感系统；图3是BOTDA光纤传感系统；
图4是沿光纤长度上的布里渊谱分布示例。图中各标号为1、双扣不锈钢软管；2、温度传感光纤；3、不锈钢套管；4、不锈钢 丝编织网；5、弹簧管；6、压力传感光纤；7、聚氨酯压力敏感材料层；E0M1、第一光调制器； E0M2、第二光调制器；EDFA1、第一光放大器；EDFA2、第二光放大器；PC1、第一偏振控制器； PC2、第二偏振控制器；OF、光滤波器；PS、扰偏器；GX、传感光纤。文中所用符号T、海水温度；P、海水压力；vB1 (T)、温度子光缆在温度T时的对应布里渊频移； ；、参考温度；νΒ1(Ι；)、温度子光缆在参考温度时的对应布里渊频移；νΒ2(Τ，P)、压 力子光缆在温度T和压力P时的对应布里渊频移；Pr、参考压力；VB2 (Tr，Pr)、压力子光缆在参 考温度和参考压力时的对应布里渊频移；Cvn、为温度子光缆的温度传感系数；Cvt2、压力子 光缆的温度传感系数；cvp、压力子光缆的压力传感系数；B0TDR、布里渊光时域反射；B0TDA、 布里渊光时域分析。
具体实施例方式BOTDR和BOTDA系统都是通过检测布里渊频移的方法实现分布式测量的，本发明 的测量方法是测量时将测量仪器安装在海洋浮标、船舶或海上石油平台，将传感光缆垂直 放入海水中，从光纤的一端发送光脉冲，在光纤介质中产生布里渊散射光，温度和压力都会 引起布里渊散射光的频移变化，图4为一种实施例(沿光纤长度的温度分布按5个区间呈 阶梯形变化，相应于各区间的峰值光强处的布里渊频移各不相同)。从图4可以看出，当温 度变化时沿150m传感光纤的布里渊散射谱表现出布里渊谱的中心频率(布里渊频移)随 温度变化的明显偏移。海水的深度由海水的静水压测量值来体现，本实施例中由压力传感 子光缆获得。海水的温度由温度传感子光缆获得。利用布里渊频移检测单元测量各子光缆 沿光纤长度方向各散射点的频移数值。测量公式为vB1 ⑴=vB1 (Tr) [l+CvT1 (T-Tr) ](1)νΒ2 (Τ, P) = vB2 (Tr，Pr) [l+CvP (P-Pr) +CvT2 (T-Tr) ](2)其中，T、P分别代表温度、压力；Tr、Pr分别为参考温度、参考压力；Vbi(T)和VB1(Tr) 分别为温度子光缆在温度τ和 ；时的对应布里渊频移；对于温度传感子光缆，由于采用不 锈钢套管屏蔽了海水压力带来的应变，布里渊频移只和温度相关，Cvn为温度子光缆的温度 传感系数；vB2(T，P)和vB2(Tr，Pr)分别为压力子光缆在温度Τ、压力P和参考温度、参考压力 时的对应布里渊频移；Cvt2、(；ρ分别为压力子光缆的温度和压力传感系数。通过对系统进行 实验室定标(具体过程见后面的测量步骤部分)来确定系数CvT1、CvT2、CvP。实际测量时，采用布里渊频移检测仪器测出温度传感子光缆沿光纤长度分布的各 散射点信号的布里渊频移vB1 (T)，由实验室标定温度系数Cvn，依据公式(1)即可求解沿光 纤长度的温度分布。对于压力传感子光缆，其布里渊频移包括两部分温度变化引入的频移 和静水压引入的频移。将温度传感子光缆测得的沿光缆长度的温度分布数值、采用布里渊 频移检测仪器测出的压力传感子光缆沿光纤长度分布的各散射点信号的布里渊频移VB2 (T， P)、实验室标定系数Cvt2和Cvp代入公式(2)，求解沿光纤长度的静水压力分布，根据海水的
压力值P求得对应的海水深度H = |，其中，y为海水的比重。进而获得沿光纤长度的海
水深度信息，最终由以上测量值绘制出温度-深度曲线。
利用本发明光缆的姿态还可以给出沿海水深度方向的洋流分布情况，光纤长度和 压力子光缆测定的海水深度之间的关系即反映光缆的姿态。参看图1，本发明提供的光缆包括双扣不锈钢软管1、温度传感子光缆和两条压 力传感子光缆。温度传感子光缆由温度传感光纤2及其不锈钢套管3组成。压力传感子光 缆包括压力传感光纤6、弹簧管5和不锈钢丝编织网4，压力传感光纤6表面涂覆有聚氨酯 压力敏感材料层7。本发明中光缆的主要制作步骤包括1、温度传感光纤2涂覆导热油膏(在提高温度灵敏度的同时减少光纤磨损)，然后 包覆不锈钢套管3，制成温度传感子光缆；2、将压力传感光纤6涂覆聚氨酯压力敏感材料层7，然后外包弹簧管5和不锈钢丝 编织网4，制成压力传感子光缆(两条)；3、将三条子光缆绞绕成一体以便改善抗弯曲能力，然后外包双扣不锈钢软管1，制 成本光缆。注意先将温度传感子光缆轻微绞绕，再将两条压力传感子光缆顺势缠绕，防备 损坏聚氨酯压力敏感材料层7。本光缆外径为10 12mm，抗拉能力最大可达3000牛顿，光缆长度350米。双扣不 锈钢软管1由厚度为0. 2 0. 3mm的钢带制成。温度传感子光缆的不锈钢套管3外直径约 3_，厚0.2_。压力传感子光缆涂覆的压力敏感材料要求低杨氏模量和较高泊松比(本实 施例中分别为8*107Pa和0.4)。压力传感子光缆的灵敏度比裸纤提高2 3个数量级。不 锈钢丝编织网4采用直径0. 2mm的不锈钢线材编织而成；抗侧压弹簧管5采用直径Imm的 不锈钢丝密绕制成。具体实施时，将温度传感子光缆中的温度传感光纤2沿轴线方向在光纤整个长度 范围内按一定的间隔点和不锈钢套管3内壁粘接，保证粘接点之间的光纤处于自由松弛的 状态。压力子光缆的各部件也选择间隔点粘接，由不锈钢丝编织网4承受子光缆的自重。参看图2，在BOTDR光纤传感系统中，窄线宽激光器发出的光经光耦合器输出，一 路光作为本振光，第二偏振控制器(PC2)用以控制本振光信号的偏振态；另一路光经第一 偏振控制器(PCl)控制光信号的偏振态，经第一电光调制器(EOMl)被调制成脉冲光，经第 一光放大器(EDFAl)放大，由第一光栅滤波器滤除第一光放大器的自发热辐射(ASE)噪声， 光信号经环行器和光开关进入传感光缆中的一条光纤，光纤中产生的布里渊背向散射光经 环行器和第二光放大器(EDFA2)及第二光栅滤波器，在光电检测器中与本振光实现光域外 差检测，然后采用微波扫频方法从光电检测器输出电信号中解调布里渊频移信息，调节微 波本振源的中心频率，微波本振与布里渊信号进行混频，输出信号经低通滤波器滤波，由数 据采集卡采集数据并传输给计算机进行洛伦兹拟合，频谱幅度最大点对应的频率便是该散 射点的布里渊频移。参看图3，在BOTDA光纤传感系统中，窄线宽激光器通过光耦合器将光信号分为 两路，一路光信号由第一光调制器(EOMl)调制成窄脉冲光，第一掺铒光纤放大器(EDFAl) 放大光信号，第一光栅滤波器滤除第一掺铒光纤放大器(EDFAl)产生的自发辐射(ASE)噪 声，光隔离器限制光的传播方向，最后光信号由光开关进入传感光缆中某一条光纤的一端； 另一路光信号由第二光调制器(E0M2)产生约IlGHz频移的连续光信号，第二偏振控制器 (PC2)和扰偏器(PS)进行偏振态的控制，光滤波器OF选取已调制信号的上边带，最后光信号经过光开关进入传感光缆另一条光纤的一端；两条光纤在水下经过光纤连接器构成环 路。当环路光纤中相向传输的两路光的频率差与光纤某点的布里渊频移一致时，光纤在该 点产生的受激布里渊散射信号最强。受激布里渊散射信号通过环行器进入布里渊频移检测 单元，由布里渊频移检测单元完成光电转换、数据滤波、洛伦兹拟合、数据管理和显示等功 能。本实施例中布里渊系统中采用的器件名称与型号为窄线宽激光器，采用TL-2020-C-102-A;光耦合器，分光比为50 50;光调制器(EOM)，采用lOGb/s铌酸锂光强度调制器M0D22212 ；脉冲发生器，采用81110A ；光放大 器(EDFA)，采用EDFA-PA-I-X-FC型掺铒光纤放大器；环行器，采用3 口环行器；光栅滤 波器，采用参数1550nm士40nm光栅；偏振控制器(PC)，采用PCD-M02 ；光电检测器，采用 UltraFast-200SM ；微波本振源，采用HWFS46-10K ；混频器，采用HWMY82C ；低噪声放大器， 采用NLNA00201L30 ；低通滤波器，采用LPF100 ；数据采集卡，采用ZT410-2X ；扫频信号发 生器(频率综合器)，采用HWFS46-10K ；光滤波器(OF)，采用1550. 0336nm士 0. 08nm光栅； 光隔离器，PIIS1-121122 ；扰偏器(PS)，采用PCD-003，光开关，采用PRMS-12T1L1222和 PRMS-14M1L1222.本发明的测量步骤为①实验室温度标定取传感光缆样品(本实施例中不少于15米)放入温控装置进 行常压(参考压力)下温度值定标，首先调节温控装置到35°C，然后以设定的温度间隔递 减，直到-2°C。温度的标定间隔依据实际的测量要求来确定，本实施例中依据300米海水的 温度梯度分布规律，设定系列标定温度值35°C，250C，15°C，5°C，-2°C。这里取参考温度为 250C。采用布里渊频移检测仪器测出对应各温度点T下温度传感光纤的布里渊频移vB1 (T)， 同一温度点下测量多次从而对标定数据(νΒ1(Τ)，Τ)的多次测量值进行平均以获得更好的 重复性和精度，将各温度值T及其对应的布里渊频移vB1 (T)平均值依据公式(1)进行线性 拟合求解系数Cvn ；由于常压下测量，公式(2)中= 0，采用布里渊频移检测仪器测出 对应各温度点T下压力传感光纤的布里渊频移vB2 (T，Pr)，同一温度点下测量多次，从而对 标定数据(vB2(T，P》，T)的多次测量值进行平均以获得更好的重复性和精度，将各温度值T 及其对应的布里渊频移vB2 (T，P》平均值依据公式(2)进行线性拟合求解系数CvT2.②实验室压力标定取传感光缆样品(本实施例中不少于15米)放入压力调节容 器进行常温(参考温度)下压力值定标，首先调节压力值为OMPa，然后以设定的压力间隔递 增，直到3MPa。标定间隔依据实际的测量要求来确定，本实施例中设定系列标定值0MPa， 0. 5MPa, IMPa, 1. 5MPa, 2MPa, 2. 5MPa, 3MPa。由于常温下测量，公式(2)中 Τ- ； = 0，采用布 里渊频移检测仪器测出对应各压力P点下压力传感光纤的布里渊频移νΒ2 O；，P)，同一压力 点下测量多次以便对标定数据(νΒ20;，Ρ)，Ρ)的多次测量值进行平均，从而获得更好的重复 性和精度，将各压力值P及其对应的布里渊频移VB2 (Tr，P)平均值依据公式(2)进行线性拟 合求解系数Cvp.③实时测量前，先连接好系统各单元，检查系统是否工作正常。④确保系统性能良好的情况下，通过光缆布放系统将传感光缆沿深度方向布放。⑤光缆布放完毕则可以正式开始海水温度剖面的实时测量。先控制光开关，将激 光脉冲产生器接入温度传感光纤2，由布里渊频移检测单元接收沿光纤长度范围内的温度引起的布里渊频移信号。完成温度测量后再控制光开关，将激光脉冲产生器接入压力传感 光纤6，由布里渊频移检测单元接收沿光纤长度范围内的温度和压力共同作用引起的布里 渊频移信号。⑥布里渊频移检测单元对步骤⑤获得的数据按公式(1)、公式(2)和步骤①②给 出的标定参数进行解调，最终计算出沿光纤长度范围内的温度和深度数值。⑦由布里渊频移检测单元中安装的管理软件实现打印报表(用曲线和表格形式描述海水温度_深度关系)、数据传输等功能。具体实施时，如果受到标定容器的制约，可以采用标定后成缆的方法，S卩先标定 传感光缆中的感温光纤2和涂覆聚氨酯压力敏感材料层7的压力传感光纤6，标定的具体过 程和步骤①②相同，然后再制作成缆。但注意成缆过程中尽量不要弓I入应力。
权利要求
一种基于光纤布里渊散射原理的海水温度剖面测量方法，其特征是，它将直接与海水接触的压力传感光纤和屏蔽了海水压力的温度传感光纤组合在一起构成传感光缆，并由窄线宽激光器、光耦合器、脉冲发生器、光调制器、光栅滤波器、光放大器、偏振控制器、环行器、光开关、光电检测器和布里渊频移检测单元组成一个基于布里渊光时域反射原理的测量系统的测量部分，测量时将传感光缆放入海水中，窄线宽激光器发出的光信号经光耦合器分为两路信号，一路输出光信号作为本振光，经第二偏振控制器控制本振光信号的偏振态；另一路光信号经第一偏振控制器控制光信号的偏振态，经脉冲发生器和第一光调制器调制成脉冲光，脉冲光经第一光放大器放大，由第一光栅滤波器滤除第一光放大器引入的自发热辐射噪声，再经环形器和光开关进入传感光缆中的一条传感光纤中，传感光纤中产生的自发布里渊背向散射光经环形器和第二光放大器及第二光栅滤波器，在光电检测器中与本振光实现光域外差检测，最后由布里渊频移检测单元采用微波扫频方法从光电检测器输出电信号中解调并求取沿传感光缆光纤长度分布的各散射点的布里渊频移信息，进而依据布里渊频移和温度、对应不同海水深度的静压力的函数关系，得到沿传感光纤长度分布的海水深度和温度分布，实现海水温度剖面的分布式测量。
2.根据权利要求1所述基于光纤布里渊散射原理的海水温度剖面测量方法，其特征 是，所述布里渊频移检测单元由微波本振源、混频器、放大器、低通滤波器、数据采集卡及计 算机组成，检测时，按一定的频率间隔逐次调节微波本振源的频率从而遍历给定的频率范 围，微波本振源输出的微波本振信号与光电检测器输出的布里渊频移信号在混频器中进行 混频，混频后的输出信号经放大器放大和低通滤波器滤波，由数据采集卡采集数据并传输 给计算机进行处理，对于沿光纤长度分布的各散射点，计算机将在一个微波扫频周期内获 得的所有数据进行洛伦兹拟合，得到布里渊谱分布曲线，曲线中幅度最大点对应的频率便 是该散射点的布里渊频移。
3.根据权利要求1或2所述基于光纤布里渊散射原理的海水温度剖面测量方法，其特 征是，所述传感光缆由双扣不锈钢软管(1)及其内部的温度传感子光缆和压力传感子光缆 组成，所述温度传感子光缆由温度传感光纤(2)和套装在其外部的不锈钢套管(3)组成，所 述压力传感子光缆由压力传感光纤(6)和依次套装在其外部的弹簧管(5)和不锈钢丝编织 网(4)组成，所述压力传感光纤(6)表面涂覆有聚氨酯压力敏感材料层(7)。
4.根据权利要求3所述基于光纤布里渊散射原理的海水温度剖面测量方法，其特征 是，所述温度传感子光缆中的温度传感光纤(2)设置2 4条；所述压力传感子光缆设置两^^ ο
5.一种基于光纤布里渊散射原理的海水温度剖面测量方法，其特征是，它将直接与海 水接触的压力传感光纤和屏蔽了海水压力的温度传感光纤组合在一起构成传感光缆，并由 窄线宽激光器、光耦合器、脉冲发生器、第一光调制器、光放大器、扫频电光调制器、环行器、 光栅滤波器、光隔离器、扰偏器、光滤波器、光开关、布里渊频移检测单元组成一个基于布里 渊光时域分析原理的测量系统；所述扫频电光调制器包括第二偏振控制器、扫频信号发生 器、第二光调制器；测量时传感光缆放入海水中，窄线宽激光器产生的光信号通过光耦合器 分为两路，一路光信号经第一偏振控制器控制光信号的偏振态，由脉冲发生器、第一光调制 器调制成窄脉冲光，经第一光放大器放大、第一光栅滤波器滤除第一光放大器产生的自发 辐射噪声，再经第一光隔离器、环形器、光开关进入传感光缆中的一条传感光纤；另一路光信号由扫频电光调制器产生约IlGHz频移的连续光信号，经光滤波器选取已调制信号的上 边带，经第二光隔离器、扰偏器、光开关进入传感光缆中的另一条传感光纤；两条光纤在水 下经光纤连接器构成环路；当环路光纤中相向传输的两路光的频率差与光纤中某散射点的 布里渊频移一致时，光纤中在该散射点产生的受激布里渊散射信号最强；受激布里渊散射 信号通过光开关、环形器进入布里渊频移检测单元，由布里渊频移检测单元采用电光扫频 方法求取沿传感光缆光纤长度分布的各散射点的布里渊频移信息，进而依据布里渊频移和 温度、对应不同海水深度的静压力的函数关系，得到沿传感光纤长度分布的海水深度和温 度信息，实现海水温度剖面的分布式测量。
6.根据权利要求5所述基于光纤布里渊散射原理的海水温度剖面测量方法，其特征 是，所述布里渊频移检测单元由光电检测器、放大器、低通滤波器、数据采集卡及计算机组 成，光电检测器将受激布里渊散射光信号转换为电信号，经放大器放大和低通滤波器滤波， 由数据采集卡采集数据并传输给计算机进行处理，对于沿光纤长度分布的各散射点，计算 机将在一个微波扫频周期内获得的所有数据进行洛伦兹拟合，得到布里渊谱分布曲线，曲 线中幅度最大点对应的频率便是该散射点的布里渊频移。
7.根据权利要求5或6所述基于光纤布里渊散射原理的海水温度剖面测量方法，其特 征是，所述传感光缆由双扣不锈钢软管(1)及其内部的温度传感子光缆和压力传感子光缆 组成，所述温度传感子光缆由温度传感光纤(2)和套装在其外部的不锈钢套管(3)组成，所 述压力传感子光缆由压力传感光纤(6)和依次套装在其外部的弹簧管(5)和不锈钢丝编织 网(4)组成，所述压力传感光纤(6)表面涂覆有聚氨酯压力敏感材料层(7)。
8.根据权利要求7所述基于光纤布里渊散射原理的海水温度剖面测量方法，其特征 是，所述温度传感子光缆中的温度传感光纤(2)设置2 4条；所述压力传感子光缆设置两条ο
全文摘要
一种基于光纤布里渊散射原理的海水温度剖面测量方法，它由窄线宽激光器、光耦合器、脉冲发生器、光调制器、环行器、光开关、光电检测器、布里渊频移检测单元和传感光缆组成一个基于布里渊光时域反射原理的测量系统。本发明所用传感光缆体积小，使用方便，耐海水腐蚀；本测量系统可靠性和测量灵敏度高，并且能够给出海水剖面的连续温度场分布，特别适用于海水温度剖面的实时连续测量。
文档编号G01K11/32GK101825499SQ201010174498
公开日2010年9月8日 申请日期2010年5月18日 优先权日2010年5月18日
发明者尚秋峰, 李永倩, 杨志, 赵丽娟 申请人:华北电力大学(保定)