[發明專利]基于相干雙脈沖對序列技術布里淵光時域分析儀及利用該分析儀抑制共模噪聲的方法

有效

• 申請號: 201410283521.2
• 申請日: 2014-06-23
• 公開（公告）號: CN104019836A
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發明（設計）人: 董永康;滕雷;呂志偉
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353;G01D3/036
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 楊曉輝

技術領域

本發明屬于光學領域，涉及基于相干雙脈沖對序列技術的時域分析儀及利用該分析儀抑制共模噪聲的方法。

背景技術

近年來，布里淵光時域分析儀作為分布式光纖傳感技術典型代表受到了廣泛的關注，在多領域得到了有效應用。與其他光纖傳感儀器相比，布里淵光時域分析儀具有高空間分辨率、超遠距離傳感以及動態測量等優點，可以同時對溫度和微應變等物理量進行高精度測量。由于光纖既作為傳感器件又作為信號傳輸信道，以光信號作為傳輸信號，因此可以有效降低結構成本。這類傳感儀器廣泛用于輸油管道檢測、橋梁與建筑結構健康監測、長距離公路健康監測以及火災報警等方面。此外，布里淵光時域分析儀還應用于海底或陸地高壓電纜的溫度和應變監測，地質災害比如山體滑坡、泥石流等的分布式監測等，應用于特殊極端工作環境中。

在布里淵光時域分析儀不斷發展過程中，如何提高空間分辨率，如何縮短測量時間、提升信噪比是幾個備受關注、廣泛探究的問題。測量時間與信噪比一直作為對傳感器優劣評價的重要標準之一，也一直制約著光纖傳感器的發展。特別是在長距離傳感領域，傳感時間過長、信噪比過低的問題一直困擾著科研工作者。因此，找尋一種可以縮短測量時間、提高信噪比的方法是現行布里淵光時域分析儀發展的關鍵技術之一。

目前，廣泛應用一種雙脈沖差分脈寬的方案來提升信噪比，提高空間分辨率。該方案分兩次打入不同脈寬的脈沖光作為泵浦光，分別與探測光作用接收布里淵信號Li?W,Bao?X,Li?Y,et?al.Differential?pulse-width?pair?BOTDA?for?high?spatial?resolution?sensing[J].Optics?express,1908,16(26):21616-21625.。然而，該方案需要較長的脈沖轉換時間，測量時間較長。而且較長的脈沖轉換時間使兩次布里淵信號具有不同的共模噪聲，做差分處理后不能有效地抑制共模噪聲，不能大幅度提高信噪比。

發明內容

本發明是為了解決現有布里淵光時域分析儀空間分辨率低及測量信號時間長，信噪比低的問題，提出了基于相干雙脈沖對序列技術布里淵光時域分析儀及利用該分析儀抑制共模噪的方法。

本發明所述基于相干雙脈沖對序列技術布里淵光時域分析儀，該分析儀包括激光器、一號光纖耦合器、一號偏振控制器、二號偏振控制器、可調直流穩壓電源、一號電光調制器、現場可編程邏輯門陣列、微波發生器、二號電光調制器、光電轉換電路、二號光纖耦合器、光纖布拉格光柵、一號光纖環形器、摻鉺光纖放大器、數據采集卡、光纖隔離器1、擾偏儀、光電探測器、二號光纖環形器和傳感光纖；

激光器發射的連續激光經一號光纖耦合器分成兩束連續光，該兩束連續光分別入射至一號偏振控制器和二號偏振控制器，經一號偏振控制器后的偏振光入射至一號電光調制器，一號電光調制器經現場可編程邏輯門陣列驅動后輸出相關雙脈沖序列光信號，所述相關雙脈沖序列光信號經二號光纖耦合器后分成兩列相關脈沖序列光信號，該兩列相關雙脈沖序列光信號分別入射至摻鉺光纖放大器和光電轉換電路的感光面，經光電轉換電路轉換獲得的電信號輸入至可調直流穩壓電源的調節信號輸入端，

經摻鉺光纖放大器放大后的相干雙脈沖序列光信號經擾偏儀擾偏后入射至二號光纖環形器的1號端口，二號光纖環形器的2號端口輸出的相干雙脈沖序列光信號入射至傳感光纖的一端，

可調直流穩壓電源的偏置電壓調節信號輸出端連接一號電光調制器的電壓信號輸入端；

經二號偏振控制器后的偏振光入射至二號電光調制器，微波發生器的驅動信號輸出端連接二號電光調制器的驅動信號輸入端，經二號電光調制器調制后的光束入射至一號光纖環形器的1號端口，經一號光纖環形器的2號端口輸出后入射至光纖布拉格光柵，經光纖布拉格光柵選頻濾波后的探測光從一號光纖環形器的3號端口輸出，從一號光纖環形器的3號端口輸出的光束經光纖隔離器后入射至傳感光纖的另一端；

二號光纖環形器的2號端口輸出的相干雙脈沖序列光信號與經光纖隔離器后的探測光在傳感光纖內發生受激布里淵散射作用，傳感光內散射出的探測光入射至二號光纖環形器的號端口，經二號光纖環形器的3號端口發射出的光信號入射至光電探測器的感光面上，經光電探測器轉換后的電信號發送至數據采集卡的數據信號輸入端，現場可編程邏輯門陣列的觸發信號輸出端連接數據采集卡數據采集控制信號輸入端。

利用上述基于相干雙脈沖對序列技術布里淵光時域分析儀抑制共模噪聲的方法，該方法的具體步驟：