[發明專利]基于脈沖內偏振態數字編碼的COTDR傳感裝置及方法

有效

• 申請號: 201810107058.4
• 申請日: 2018-02-02
• 公開（公告）號: CN108489517B
• 公開（公告）日: 2020-04-24
• 發明（設計）人: 劉鐵根;江俊峰;陳文杰;劉琨;王雙;馬喆;張學智
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01D3/036
• 分類號: G01D3/036;G01H9/00;H04B10/071
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李素蘭

本發明公開了一種基于脈沖內偏振態數字編碼的COTDR傳感裝置，包括光源(1)、1×2耦合器(2)、調制信號產生裝置(3)、雙偏振四平行馬赫增德爾電光調制器(4)、摻鉺光纖放大器(5)、光纖環行器(6)、傳感光纖(7)、光混合器(8)、第一、第二光電探測器(9)、(10)以及信號采集和解調裝置(11)。與現有技術相比，本發明消除了傳感光纖扭轉、彎曲等改變雙折射性質的事件導致的后方光纖的傳感失效問題，提高了COTDR傳感技術在實際工程應用中的穩定性和適用環境范圍；設計靈活，能根據傳感光纖性質、傳感環境特點優化光脈沖組合，增強了系統對各種環境適應性。

技術領域

本發明涉及相干光時域反射技術領域和光脈沖數字調制技術領域，特別涉及一種COTDR傳感裝置及其傳感方法。

背景技術

相干光時域反射(COTDR)傳感技術，是石油、巖土、安防等領域的重要檢測手段和重要研究方向，在建筑結構健康監測、石油礦產井下環境監測、海底光纜監測、水下監聽等方面有著廣泛的應用和需求。COTDR傳感技術，將本地參考光與注入光纖的后向瑞利散射光信號混合放大，解調得到傳感光纖各處的光相位信息，從而實時探知外界振動、聲波信號導致的光纖各處相位變化，進而實現對振動源、聲源的識別和定位。如在沿輸油輸氣管道安全監測方面，通過沿管道固定的傳感光纖，COTDR裝置可以實時監測管道漏點、異常振動等狀況。

由于COTDR技術使用本地參考光與后向瑞利散射信號光混合放大，傳感光纖的扭轉、彎曲等改變雙折射性質的事件，導致該事件后方所有光纖的COTDR信號在無擾動情況下仍然發生變化，即光纖前段受到的扭動、彎曲等擾動，導致其后方的光纖傳感失效。這直接影響了COTDR技術在實際工程應用中的穩定性和適用環境范圍，限制了COTDR技術在實際工程應用中適用范圍。

發明內容

本發明目的是提出一種基于脈沖內偏振態數字編碼的COTDR傳感裝置及方法，基于脈沖內偏振態數字編碼的移頻脈沖光構建出COTDR傳感系統；使用雙偏振四平行馬赫增德爾調制器產生數字化脈沖，光脈沖的偏振態、強度和相位的組合。

本發明的一種脈沖內偏振態數字編碼的COTDR傳感裝置，該裝置包括光源1、1×2耦合器2、調制信號產生裝置3、雙偏振四平行馬赫增德爾電光調制器4、摻鉺光纖放大器5、光纖環行器6、傳感光纖7、光混合器8、第一、第二光電探測器9、10以及信號采集和解調裝置11；其中：所述光源1輸出端與所述1×2耦合器2的輸入端連接；所述1×2耦合器2包括兩路輸出端：一路連接至所述調制信號產生裝置3的輸入端；所述調制信號產生裝置3包括兩路輸出端：一路連接至所述雙偏振四平行馬赫增德爾電光調制器4的輸入端，另一路連接至所述摻鉺光纖放大器5的輸入端；所述摻鉺光纖放大器5的輸出端連接至所述光纖環行器6的輸入端；所述1×2耦合器2的另一路輸出端連接至所述光混合器8的一路輸入端，所述光混合器8的一路輸出端連接至所述第二光電探測器10；再經所述第二光電探測器10的一路輸出端連接至信號采集和解調裝置11；所述光纖環行器6的一路輸出端連接至所述光混合器8的另一路輸入端，所述光混合器8的另一路輸出端連接至所述第一光電探測器9；再經所述第一光電探測器9的另一路輸出端連接至信號采集和解調裝置11；

所述光源1，用于提供系統所需長相干長度的激光輸出；

所述1×2耦合器2，用于將連續激光器發出的激光分成兩路，一路經過雙偏振四平行馬赫增德爾電光調制器調制產生信號光，一路作為本地參考光；

所述調制信號產生裝置3，使用任意波形發生器產生分別用于X、Y偏振方向調制的二路信號，經過射頻放大器放大，由90度電橋生成相位差90°的I、Q信號(I即in-phase表示同相；Q即quadrature表示正交，與I相位差90度?，F在普遍表示相差90°相位的兩路信號，例如sin和cos)；

所述雙偏振四平行馬赫增德爾電光調制器4，用于調制產生脈沖內偏振態數字編碼的移頻光脈沖；