[發(fā)明專利]一種精確估計(jì)EOM脈沖調(diào)制型BOTDR系統(tǒng)信噪比的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210039986.4
• 申請日: 2012-02-21
• 公開（公告）號: CN102607631A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 路元?jiǎng)?/a>;趙曉東;張旭蘋
• 申請（專利權(quán)）人: 南京大學(xué)（蘇州）高新技術(shù)研究院;南京大學(xué)
• 主分類號: G01D18/00
• 分類號: G01D18/00
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責(zé)任公司 32112
• 代理人: 湯志武

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光纖傳感領(lǐng)域，用于使用電光強(qiáng)度調(diào)制器(electro-optical?modulator，EOM)調(diào)制脈沖的布里淵光時(shí)域反射儀(Brillouin?optical?time?domain?reflectometer，BOTDR)中，對BOTDR系統(tǒng)信噪比(signal-to-noise?ratio，SNR)的精確估計(jì)。

背景技術(shù)

BOTDR的工作原理在于布里淵散射光的頻移和功率均與溫度和應(yīng)力相關(guān)。通過測量脈沖光在光纖中傳輸時(shí)產(chǎn)生的后向自發(fā)布里淵散射光的頻移與功率來實(shí)現(xiàn)溫度與應(yīng)力測量。根據(jù)脈沖光注入光纖與接收到自發(fā)布里淵散射光的時(shí)間差實(shí)現(xiàn)對被測溫度與應(yīng)變的定位。由于具有單端探測、空間分辨率高、連續(xù)分布式測量等優(yōu)點(diǎn)，BOTDR被廣泛用于橋梁、公路、隧道、大壩等的健康監(jiān)測。布里淵散射光極其微弱，采用直接探測方式很難獲取到，并且容易受到瑞利散射光的干擾。憑借高探測靈敏度和對瑞利散射光的分離能力，自外差相干探測方式在BOTDR中被廣泛使用。本地參考光與自發(fā)布里淵散射光相干，經(jīng)光電探測器光電轉(zhuǎn)換成電信號，通過掃頻獲得布里淵散射光的頻譜，然后經(jīng)過數(shù)據(jù)擬合獲取布里淵頻移與功率信息，從而實(shí)現(xiàn)溫度與應(yīng)力的連續(xù)分布式傳感。

BOTDR系統(tǒng)的信噪比以布里淵散射譜中心頻率處的功率曲線的信噪比來定義。已有的BOTDR信噪比估計(jì)方法中(H.Ohno，H.Naruse，N.Yasue，Y.Miyajima，H.Uchiyama，Y.Sakairi?and?Z.X.Li.″Development?of?highly?stable?BOTDR?strain?sensor?employing?microwave?heterodyne?detection?and?tunable?electric?oscillator，″Proc.SPIE4596，74-85(2001))，認(rèn)為脈沖光是理想的，未考慮有限消光比導(dǎo)致的連續(xù)泄漏光的影響，從而影響了信噪比估計(jì)的精度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于，克服上述已有BOTDR信噪比估計(jì)方法的不足，提供用于提高BOTDR信噪比估計(jì)精度的方法，且該方法能準(zhǔn)確反映EOM消光比對信噪比的影響，并可進(jìn)一步用于在BOTDR系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段選擇合適的EOM。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案為：一種精確估計(jì)EOM脈沖調(diào)制型BOTDR系統(tǒng)信噪比的方法，考慮EOM的有限消光比，對采用EOM進(jìn)行脈沖調(diào)制的BOTDR系統(tǒng)的信噪比的估計(jì)，包括以下步驟：

1)將EOM調(diào)制后的脈沖光看作為理想脈沖光與連續(xù)泄漏光的疊加，確定調(diào)制脈沖光峰值功率P_p與泄漏功率P_b、脈寬W，以及傳感光纖的長度L，則理想脈沖光峰值功率為P_p-P_b，連續(xù)泄漏光的恒定功率為P_b，EOM消光比為ER＝P_p/P_b；

2)根據(jù)自發(fā)布里淵散射機(jī)理，理想脈沖光激發(fā)的自發(fā)布里淵散射譜在中心頻率處的功率滿足式(1)：

P′_B(z)＝P_p(1-1/ER)α_BS(cW/n)(1/π)tan^-1(2B/Δv_B)exp(-2αz)????(1)

而泄漏光激發(fā)的自發(fā)布里淵散射譜在中心頻率處的功率滿足式(2)：

P″_B＝P_bα_BS(1-exp(-2αL))/α(1/π)tan^-1(2B/Δv_B)??????????????(2)

其中，z是距離光纖起始端的長度，α_B是布里淵散射系數(shù)，S是背向散射選擇比，α是光纖衰減系數(shù)，c是真空中的光速，n是傳感光纖的折射率，B是掃頻帶寬，Δv_B是自發(fā)布里淵散射譜的帶寬。

3)根據(jù)相干探測理論，確定光電探測器將步驟2)中所得的總光電流滿足式(3)