[發(fā)明專利]一種用于提高BOTDR抗輻射能力的系統(tǒng)及其方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610048544.4
• 申請日: 2016-01-25
• 公開（公告）號: CN105675020B
• 公開（公告）日: 2017-10-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李密;陳章;張旭蘋;宋躍江;李鑫;劉陽
• 申請（專利權(quán)）人: 南京大學(xué)
• 主分類號: G01D3/028
• 分類號: G01D3/028
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司32200
• 代理人: 朱楨榮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及分布式光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種用于提高BOTDR抗輻射能力的系統(tǒng)及其方法。

背景技術(shù)

人類探索宇宙的腳步隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展不斷前進(jìn)，用于外太空科學(xué)實(shí)驗(yàn)的航天器越來越多，惡劣航天環(huán)境下對航天器的保護(hù)這一課題也越來越受到人們的關(guān)注。比如，國際空間站結(jié)構(gòu)復(fù)雜，規(guī)模大，由航天員居住艙、實(shí)驗(yàn)艙、服務(wù)艙，對接過渡艙、桁架、太陽能電池等部分組成，對這些部件的監(jiān)測和保護(hù)，不僅對站內(nèi)人員安全提供保障，而且及時發(fā)現(xiàn)問題解決問題可以大大提高航天器服役年限，從而節(jié)約使用成本。然而，惡劣的外太空輻射環(huán)境和對航天器材的輕量化要求，使得傳統(tǒng)的監(jiān)測手段難以達(dá)到要求。

布里淵光時域反射傳感器(Brillouin Optical Time-Domain Reflectometry,BOTDR)作為分布式光纖傳感器的一種，具有抗電磁干擾，重量輕，分辨率高、誤差小、傳感光纖布設(shè)簡單、成本低、容易實(shí)現(xiàn)。當(dāng)光纖沿線存在軸向應(yīng)變或者溫度發(fā)生變化時，光纖中的背向布里淵散射光的頻率相對于注入的脈沖光頻率將發(fā)生頻移，布里淵散射光頻率的頻移量與光纖所受的軸向應(yīng)變和溫度的變化呈良好的線性關(guān)系。利用這一關(guān)系可以實(shí)現(xiàn)輻射環(huán)境下的溫度和應(yīng)變的傳感。

在200Gy的輻射強(qiáng)度下，傳統(tǒng)BOTDR傳感距離降為400米，主要原因是輻射環(huán)境下光纖損耗增加。光纖損耗的主要原因是，由于輻射損傷導(dǎo)致光纖材料中產(chǎn)生色心，即缺陷結(jié)構(gòu)所致，這些色心的產(chǎn)生與光纖材料中所含雜質(zhì)的量以及先驅(qū)存在的固有點(diǎn)缺陷結(jié)構(gòu)有關(guān)。輻射造成光纖的損耗會帶來不利的影響。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種用于提高BOTDR抗輻射能力的系統(tǒng)及其方法，本方法通過間隔的向受輻射光纖輸入光脈沖序列，使受輻射光纖中間隔地充滿光脈沖序列，提高了輸入功率，從而激發(fā)光致透明效應(yīng)，即光強(qiáng)使材料的吸收系數(shù)降低，減輕輻射損傷，提高光纖抗輻射能力。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：

根據(jù)本發(fā)明提出的一種用于提高BOTDR抗輻射能力的方法，包括以下步驟：

步驟A、將光源模塊輸出的連續(xù)光分成兩路：第一路作為探測的連續(xù)光和第二路作為本振的連續(xù)光；

步驟B、將第一路連續(xù)光調(diào)制成間隔序列脈沖光，具體如下：

步驟B-1、計算出序列長度為：T_S×N，且T_L≤T_S×N，其中，T_S為光纖中碼元間隔，N為序列中的碼元個數(shù)，T_L為光往返光纖所需時間；

步驟B-2、根據(jù)B-1中的T_L≤T_S×N，選取得到碼元個數(shù)N：其中，為先上取整符；根據(jù)碼元個數(shù)生成相對應(yīng)的循環(huán)碼生成矩陣，再由循環(huán)碼生成矩陣得到N維的周期矩陣，取兩次周期矩陣的第一行，按照間隔T_S組成間隔序列；

由循環(huán)碼生成矩陣得到N維的周期矩陣具體方法為：將循環(huán)碼生成矩陣的第一行作為周期矩陣第一行，周期矩陣中的其它行均為上一行循環(huán)左移1位得到，從而形成N維的周期矩陣；

步驟B-3、根據(jù)產(chǎn)生的間隔序列，將第一路連續(xù)光調(diào)制成間隔序列脈沖光；

步驟C、將間隔序列脈沖光放大后注入光纖，獲得后向布里淵散射光信號；

將第二路連續(xù)光進(jìn)行光偏振態(tài)隨機(jī)化，得到光偏振態(tài)隨機(jī)分布的本振光信號；

將所述后向布里淵散射光信號和光偏振態(tài)隨機(jī)分布的本振光信號耦合相干后得到布里淵散射光信號，再經(jīng)光電轉(zhuǎn)換得到電信號，對電信號進(jìn)行掃頻、濾波放大后得到布里淵散射電信號；

步驟D、對布里淵散射電信號進(jìn)行解碼，得到解碼后的BOTDR系統(tǒng)響應(yīng)，根據(jù)解碼后的BOTDR系統(tǒng)響應(yīng)，獲得沿光纖分布每一點(diǎn)處的布里淵頻移，再根據(jù)布里淵頻移與溫度或者應(yīng)變的關(guān)系實(shí)現(xiàn)對溫度或者應(yīng)變的傳感；解碼包括拼接重組和矩陣變換，具體如下：

D-1、拼接重組：將布里淵散射電信號按照周期T_S分割為2N份：Y₁,Y₂...Y_2N-1，取布里淵散射電信號的第i個間隔后的連續(xù)N個間隔數(shù)據(jù)，作為布里淵系統(tǒng)響應(yīng)矩陣Y_B的第i行所對應(yīng)的元素，得到布里淵系統(tǒng)響應(yīng)矩陣Y_B：0≤i≤N且i為整數(shù)；