[發(fā)明專利]基于內(nèi)調(diào)制脈沖和啁啾光柵的分布式光纖傳感器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910287853.0
• 申請(qǐng)日: 2019-04-11
• 公開（公告）號(hào): CN109974757B
• 公開（公告）日: 2021-03-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魏韋;周浩敏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京聚科光電技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): G01D5/353
• 分類號(hào): G01D5/353;G01D5/36
• 代理公司: 南京先科專利代理事務(wù)所(普通合伙) 32285
• 代理人: 孫甫臣

本發(fā)明公開基于內(nèi)調(diào)制脈沖和啁啾光柵的分布式光纖傳感器，包括半導(dǎo)體激光器、光放大器、第一光纖環(huán)形器、第二光纖環(huán)形器、啁啾光纖光柵、光電探測器以及信號(hào)處理器：所述半導(dǎo)體激光器，經(jīng)過電流調(diào)制后的啁啾光脈沖由其輸出端口輸出，所述半導(dǎo)體激光器的輸出端口與光放大器的輸入端口相連，所述光放大器對(duì)啁啾光脈沖進(jìn)行放大，并由光放大器的輸出端口輸出，進(jìn)入第一光纖環(huán)形器的第一端口，由第一光纖環(huán)形器的第二端口進(jìn)入所述傳感光纖，所述傳感光纖中散射回的信號(hào)經(jīng)過所述第一光纖環(huán)形器的第二端口進(jìn)入其第三端口。本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，易于實(shí)施。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光纖的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及基于內(nèi)調(diào)制脈沖和啁啾光柵的分布式光纖傳感器

背景技術(shù)

光纖傳感器具有抗電磁干擾能力強(qiáng)，非侵入性，容易實(shí)現(xiàn)對(duì)被測信號(hào)的遠(yuǎn)距離監(jiān)控，耐腐蝕，防爆，光路有可撓曲性，便于與光纖系統(tǒng)連接等優(yōu)勢。近年來，被廣泛應(yīng)用于天然氣、石油管道安全監(jiān)測，橋梁裂紋監(jiān)測，氣體濃度探測、邊界安防等領(lǐng)域。

相位敏感光時(shí)域反射計(jì)(Φ-OTDR)是一種新型的分布式光纖聲音傳感技術(shù)(DAS)，利用光纖中的后向瑞利散射，可以實(shí)現(xiàn)分布式動(dòng)態(tài)檢測。常規(guī)Φ-OTDR中，空間分辨率與信噪比、傳感距離之間存在矛盾的關(guān)系，要獲得更高的空間分辨率，需要壓窄脈沖寬度，由于受激布里淵散射等非線性效應(yīng)，光脈沖功率不能無限放大，壓窄脈沖寬度會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)信噪比和傳感距離降低。常規(guī)Φ-OTDR中，在傳感距離大于十千米時(shí)，傳感空間分辨率只能達(dá)到幾米～幾十米。

文獻(xiàn)【Bin Lu,Zhengqing Pan,et al.High spatial resolution phase-sensitive optical time domain reflectometer with a frequency-swept pulse[J].Opt Lett,2017,42(3):391-394.】中提出利用掃頻脈沖和匹配濾波技術(shù)可以解決傳感距離與空間分辨率之間的矛盾關(guān)系，并且能夠在傳感距離約為20km時(shí)，實(shí)現(xiàn)亞米級(jí)空間分辨率。其主要是在數(shù)字域進(jìn)行匹配濾波，在數(shù)字域設(shè)計(jì)與掃頻脈沖滿足復(fù)共軛關(guān)系的啁啾信號(hào)，通過卷積運(yùn)算，可見掃頻脈沖壓縮成窄脈沖。該方案整體結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，對(duì)探測器和數(shù)字信號(hào)處理帶寬要求較高，有待進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化。

文獻(xiàn)【Pastor-Graells J.,Cortés L.R.,Fernández-Ruiz M.R.,et al.SNRenhancement in high-resolution phase-sensitive OTDR systems using chirpedpulse amplification concepts[J].Opt Lett,2017,42(9):1728-31.】中提出利用飛秒脈沖激光器作為傳感光源，通過啁啾光纖光柵對(duì)飛秒脈沖光進(jìn)行脈寬展寬，然后進(jìn)行光放大，并在接收端通過另一組啁啾光纖光柵進(jìn)行脈沖壓縮，可實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)空間分辨率，且提高系統(tǒng)的信噪比。其中，前后兩組啁啾光纖光柵的色散滿足復(fù)共軛的關(guān)系。但是，該系統(tǒng)的傳感距離僅能達(dá)到幾米，且飛秒脈沖激光器的成本較高。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供基于內(nèi)調(diào)制脈沖和啁啾光柵的分布式光纖傳感器。

技術(shù)方案：本發(fā)明所述基于內(nèi)調(diào)制脈沖和啁啾光柵的分布式光纖傳感器，包括半導(dǎo)體激光器、光放大器、第一光纖環(huán)形器、第二光纖環(huán)形器、啁啾光纖光柵、光電探測器以及信號(hào)處理器：所述半導(dǎo)體激光器，經(jīng)過電流調(diào)制后的啁啾光脈沖由其輸出端口輸出，所述半導(dǎo)體激光器的輸出端口與光放大器的輸入端口相連，所述光放大器對(duì)啁啾光脈沖進(jìn)行放大，并由光放大器的輸出端口輸出，進(jìn)入第一光纖環(huán)形器的第一端口，由第一光纖環(huán)形器的第二端口進(jìn)入所述傳感光纖，所述傳感光纖中散射回的信號(hào)經(jīng)過所述第一光纖環(huán)形器的第二端口進(jìn)入其第三端口，所述第三端口與所述第二光纖環(huán)形器的第一端口相連，由所述第二光纖環(huán)形器的第二端口進(jìn)入所述啁啾光纖光柵，所述啁啾光纖光柵反射回的光經(jīng)過第二端口進(jìn)入其第三端口，所述第三端口與所述光電探測器的光輸入端口相連，所述光電探測器的電學(xué)輸出端口與所述信號(hào)處理器相連。