[發明專利]基于頻-空域匹配和注入鎖定技術的相敏型OTDR的測量方法

有效

• 申請號: 201811294691.5
• 申請日: 2018-11-01
• 公開（公告）號: CN109443590B
• 公開（公告）日: 2020-05-01
• 發明（設計）人: 巴德欣;董永康;王龍;何偉明
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01K11/32
• 分類號: G01K11/32;G01B11/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種基于頻?空域匹配和注入鎖定技術的相敏型OTDR與測量方法。相敏型OTDR包括脈沖光序列產生裝置和回波信號探測裝置；脈沖光序列產生裝置包括主激光器、從激光器、電光調制器、聲光調制器、任意波形發生器、任意函數發生器和第一環形器；回波信號探測裝置包括第一摻鉺光纖放大器、第二環形器、第二摻鉺光纖放大器和光電探測器。上述技術采用任意波調制式注入鎖定技術實現對激光頻率的快速調諧，從根本上避免了頻率掃描過程中的非線性問題，具有高精度的傳感能力。本發明對數據的解調采用頻域?空域匹配技術，通過對多空域點的頻域信息進行匹配，顯著減小數據解調對頻域點數的需求，大大降低對硬件帶寬的要求，擴大了測量范圍。

技術領域

本發明的實施方式涉及傳感技術領域，更具體地，本發明的實施方式涉及一種基于頻-空域匹配和注入鎖定技術的相敏型OTDR的測量方法。

背景技術

相對于其它分布式傳感技術，基于瑞利散射效應的相位敏感型光時域反射計(Φ-OTDR)技術具有結構簡單、靈敏度高的優點。該技術通過向光纖中注入窄線寬的激光脈沖，獲得半脈沖寬度內的后向瑞利散射光的干涉疊加信號，此干涉疊加信號對外界溫度或應變變化極其敏感。回波信號的強度變化表明，溫度或應變的響應靈敏度分別能夠達到mK和nε量級。

Φ-OTDR技術的難點是對溫度或應變的定量測量。頻域相關法是一種可以實現定量測量的一類技術。此方法對多個頻率的回波信號在頻域上進行相關，以此計算溫度或應變變化。此方法無衰落噪聲問題。目前的頻域相關法需要的掃頻點數多，帶寬需求量大，導致其測量范圍小，從經濟性和實用性兩方面顯著制約了該技術的實際應用價值。而且，目前的頻域相關方案采用微波調諧方法或內調制法，前者掃頻速度慢，測量速度低，無法進行動態測量，后者調頻線性度低，測量精度低。

發明內容

在本上下文中，本發明的實施方式期望提供一種基于頻-空域匹配和注入鎖定技術的相敏型OTDR與測量方法，以解決現有頻域相關式Φ-OTDR術存在的測量范圍小以及帶寬需求量大的問題，從而實現大范圍、高靈敏度的溫度或應變的動態測量。

在本發明實施方式的第一方面中，提供了一種基于頻-空域匹配和注入鎖定技術的相敏型OTDR，包括脈沖光序列產生裝置和回波信號探測裝置；所述脈沖光序列產生裝置包括主激光器、從激光器、電光調制器、聲光調制器、任意波形發生器、任意函數發生器和第一環形器；所述回波信號探測裝置包括第一摻鉺光纖放大器、第二環形器、第二摻鉺光纖放大器和光電探測器；所述主激光器的輸出激光由所述電光調制器調制，調制后的激光經由所述第一環形器注入所述從激光器中，其中，所述電光調制器的調制信號的頻率作階躍變化，該調制信號由所述任意波形發生器產生；所述從激光器的輸出光經所述第一環形器輸出至所述聲光調制器，經所述聲光調制器調制后的脈沖光序列經由所述第一摻鉺光纖放大器放大后、再經所述第二環形器注入待測光纖中；其中，所述任意函數發生器用于產生預設的方波信號輸出至所述聲光調制器；所述待測光纖中的后向瑞利散射回波信號經所述第二環形器輸出至所述第二摻鉺光纖放大器，所述后向瑞利散射回波信號經所述第二摻鉺光纖放大器放大后由所述光電探測器探測。

進一步地，還包括濾波器，所述濾波器設于所述第二摻鉺光纖放大器與所述光電探測器之間，用于濾除所述第二摻鉺光纖放大器的自發輻射噪聲。