1.一种基于双波长脉冲的温度应变双参量传感系统,其特征在于,所述传感系统包括双波长脉冲光源模块(1)、第一光纤耦合器(2)、第二光纤耦合器(3)、第一环形器(4)、传感单元模块(5)、波分复用器(6)、滤波模块(7)、第二环形器(8)、高反射率均匀光纤光栅(9)可调衰减器(10)、信号探测与解调单元(11);所述双波长脉冲光源模块与第一光纤耦合器(2)相连,第一光纤耦合器(2)分别与第一环形器(4)的一端口和第二光纤耦合器(3)相连,第一环形器(4)的二端口和三端口分别与传感单元模块(5)和波分复用器(6)com端口相连,波分复用器的1450nm输出端口的信号经滤波模块(7)进入信号探测与解调单元(11),波分复用器的1550nm输出端口的信号依次经第二光纤耦合器(3)和可调衰减器(10)进入信号探测与解调单元(11);所述双波长脉冲光源模块(1)由可调谐激光器、电光调制器和脉冲信号发生器组成,可输出波长可调的皮秒脉冲光、且输出光的中心波长均位于光纤光栅传感器的反射谱内;所述第一光纤耦合器(2)、第二光纤耦合器(3)用于将脉冲信号分比为功率比为1:99的参考光和探测光;所述第一环形器(4)、第二环形器(8)用于引导入射、反射或散射的脉冲光;所述传感单元模块为单个高斯型光纤光栅,或由多个中心波长相同的高斯型光纤光栅构成的串联或/和并联结构;所述滤波模块(7)由第二环形器(8)和高反射率均匀光纤光栅(9)组成,用于对串扰到波分复用器1450nm输出端的光纤光栅反射光和瑞利散射光的噪声信号进行滤波;所述信号探测与解调单元(11)包括第一单光子探测器(12)、第二单光子探测器(13)、时间数字转换器(14)和上位机(15);所述第一单光子探测器(12)、所述第二单光子探测器(13)由雪崩二极管或超导波导器件构成,所述时间数字转换器(14)采用数字信号处理芯片构成,所述上位机(15)含有信号解调和处理程序。
2.根据权利要求1所述的一种基于双波长脉冲的温度应变双参量传感系统的传感方法,其特征在于,所述传感方法包括如下步骤:S1、双波长脉冲光源模块第一次和第二次分别输出中心波长为λ 1 、λ 2 的皮秒脉冲光,λ 1 、λ 2 均在1550nm附近且波长差很小,其峰值功率和脉冲宽度相同;S2、脉冲经第一光纤耦合器分为两束,一束作为探测光经环形器进入传感单元模块,对外界温度和应变信息进行探测;一束作为参考光进入第二光纤耦合器;S3、传感单元模块产生的光纤光栅反射光和后向拉曼反斯托克斯散射光经环形器的二端口、三端口进入波分复用器,波分复用器将后向拉曼斯托克斯散射光和光栅反射光分成两路,1450nm输出端信号经滤波模块后进入第一单光子探测器,1550nm输出端信号经第二光纤耦合器和可调光衰减器后进入第二单光子探测器,传感光纤不同位置以及各处的光纤光栅反射回来的光具有不同能量和传播时间,其被第一、第二单光子探测器探测后将在时间数字转换器上得到随时间变化的光子符合计数值;S4、上位机通过分析处理光子符合计数值的大小,可以得到光纤各点的温度和应变信息;通过分析光子符合计数值对应的时间坐标并利用OTDR定位原理可以实现光纤光栅位置点的高精度空间定位。
3.根据权利要求2所述的传感方法,其特征在于,所述步骤S3中脉冲光产生的后向拉曼反斯托克斯散射光的光强大小随外界温度的大小而变化,光栅反射光中心波长漂移量的大小随外界温度和应变的大小而变化,从而实现传感;所述双波长脉冲光源模块发送的脉冲中心波长分别为λ 1 和λ 2 时,参考脉冲光的光子符合计数值分别为N 1 (λ 1 )、N 1 (λ 2 ),其可表示为:其中k 1 为常数,大小为 其中m为参考光的功率占比,P 0 为脉冲峰值功率,η为单光子探测器的探测效率,t为测量时间,τ为脉冲宽度,f为激光器重复频率,α 0 为入射光的光纤衰减常数,L 1 为第一耦合器到单光子探测器的距离;所述双波长脉冲光源模块发送的脉冲中心波长分别为λ 1 和λ 2 时,光纤光栅反射脉冲光的光子符合计数值分别为N 2 (λ 1 )、N 2 (λ 2 ),其可表示为:其中k 2 为常数,大小为 (1-m)为探测光的分光功率占比,R max 为光纤光栅峰值反射率,λ B 为光纤光栅的中心波长,ω B 为高斯光谱的3dB带宽,L 2 为光纤光栅到环形器的距离,其中高斯光谱中心波长λ B 的漂移量Δλ随温度和应变的大小变化而变化,其可表示为:Δλ=(α+β)λ B ΔT+(1-P e )λ B Δε=Δλ T +Δλ ε (5)其中,α为热膨胀系数,β为热光系数,P e 为有效弹光系数,ΔT和Δε分别温度变化和轴向应力变化大小,Δλ T 为温度引起的光栅波长漂移量,Δλ ε 为应变引起的光栅波长漂移量;所述双波长脉冲光源模块发送的脉冲中心波长分别为λ 1 和λ 2 时,后向拉曼反斯托克斯散射的光子符合计数值分别为N AS (λ 1 ,T)、N AS (λ 2 ,T),其可表示为:其中,k 3 为常数,大小为 其中η为单光子探测器的探测效率,Δf AS 为波分复用器1450nm输出通道的滤波带宽,P 0 为脉冲峰值功率,D为脉冲的占空比,L 3 为被测光纤点的位置与环形器的距离,T为L 3 位置处的温度,g R,AS 为拉曼增益系数,λ AS 为拉曼反斯托克斯波长,α AS 为拉曼反斯托克斯光的光纤衰减常数,B AS 为暗计数以及瑞利背向散射和光纤光栅反射光串扰引起的背景光子数,N(T)为拉曼反斯托克斯温度调制函数,其大小为 所述步骤S4中上位机对光纤光栅信号采用对数的方式作差分处理后,得到光栅测量信号M,其可表示为:其中,S为灵敏度系数,大小为 λ c 为两个不同波长脉冲光的中心波长,大小为 根据公式(9)可以得出解调出来的中心波长漂移量Δλ与光栅测量信号的改变量ΔM呈线性变化,其可表示为:所述步骤S4中将同一温度T 0 下的两个波长产生的后向拉曼反斯托克斯散射的光子符合计数值N AS (λ 1 ,T 0 )、N AS (λ 2 ,T 0 )的平均值 作为当前温度的后向拉曼反斯托克斯散射的光子符合计数值,当温度变化为ΔT时,根据后向拉曼反斯托克斯散射的光子符合计数值的变化ΔN AS =N' AS (T 0 +ΔT)-N' AS (T 0 ),即可计算出被测光纤温度变化ΔT;当 时,其中t i 为L 2 处的第i个光栅的反射光到达单光子探测器的时间,即光栅所处位置L 2 与被测光纤点位置L 3 重合,所述的ΔT确定温度引起的光栅波长漂移量Δλ T =(α+β)λ B ΔT,所述的公式(9)和所述的公式(5),分别确定总光栅波长漂移量Δλ和温度引起的光栅波长漂移量Δλ T ,计算出应变引起的光栅波长漂移量Δλ ε =Δλ-Δλ T ,进而得到外界物理信息改变引起的应变 从而实现温度和应变信息的同时测量。