[發明專利]一種基于相位敏感光時域反射計的相位解調裝置和方法

有效

• 申請號: 201710643067.0
• 申請日: 2017-07-31
• 公開（公告）號: CN107505041B
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 王峰;劉濤;張旭蘋
• 申請（專利權）人: 南京法艾博光電科技有限公司
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00;G01D5/353
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 施昊

1.基于相位敏感光時域反射計的相位解調方法，其特征在于，該方法基于相位解調裝置，所述相位解調裝置包括窄線寬激光器、第一光耦合器、光調制器、光放大器，環形器、第二光耦合器、傳感光纖、脈沖信號發生器、光電探測器和數據采集器，所述傳感光纖中均勻間隔刻有弱反射光柵，第二光耦合器為50:50光耦合器，脈沖信號發生器用于控制光調制器和數據采集器；窄線寬激光器發出連續光，該連續光經第一耦合器分成功率不等的兩路光，其中功率較小的一路光作為本地參考光，而功率較大的一路光作為探測光，該探測光經光調制器調制成探測雙脈沖，該探測雙脈沖經光放大器放大后輸入光環行器的第一端口，并由光環行器的第二端口注入傳感光纖，探測雙脈沖在傳感光纖中產生的背向返回信號經光環行器的第三端口輸入第二光耦合器，第二光耦合器將背向返回信號與本地參考光干涉，得到與光調制器移頻數值相等的拍頻信號，光電探測器將拍頻信號轉換為電信號，數據采集器對該電信號進行采集和處理，獲得傳感光纖的擾動信息；

根據數據采集器采集的電信號進行如下步驟：

(1)采集若干條拍頻信號曲線，對信號曲線進行高通濾波，根據各條信號曲線之間的差分信號得到擾動的定位信息，將擾動位置后緊鄰的一個反射峰截取出來，并在擾動位置前選取一個反射峰作為參考；

(2)對截取出的反射峰信號進行歸一化處理；當采樣率相對于拍頻的倍數小于某閾值時，截取的反射峰信號呈折線形，采用插值的方式對信號進行平滑；

(3)將反射峰信號進行希爾伯特變換，再與原信號相除得到相位的正切值，經過反正切計算以及相位展開，得到此反射峰內各點的相位；

(4)選取反射峰上的一個位置，將這個位置在不同測量時間下得到的相位信號沿時間排序，即得到擾動所引起的光相位變化，根據相移與軸向應變的關系，得出光纖長度的變化。

2.根據權利要求1所述基于相位敏感光時域反射計的相位解調方法，其特征在于：所述第一耦合器為10:90光耦合器，即探測光的功率為窄線寬激光器發出連續光的功率的90％。

3.根據權利要求1所述基于相位敏感光時域反射計的相位解調方法，其特征在于：所述探測雙脈沖中的兩個脈沖的寬度相等，且兩個脈沖的間距等于相鄰弱反射光柵間距的兩倍，從而使相鄰兩個弱反射光柵的反射光能夠重疊，發生干涉。

4.根據權利要求1所述基于相位敏感光時域反射計的相位解調方法，其特征在于：在步驟(4)中，相移與軸向應變的關系如下式所示：

Δφ＝0.78nkLe_z

上式中，Δφ為相移，n為光纖折射率，k為波數，L為受應力的光纖長度，e_z為軸向應變，則Le_z即為光纖長度的變化。