[發(fā)明專利]一種光時域分析儀和分析方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910675223.0
• 申請日: 2019-07-25
• 公開（公告）號: CN110470327A
• 公開（公告）日: 2019-11-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 曹孟輝;宋雷;陳姍
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢鉅風(fēng)科技有限公司
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353;H04B10/071
• 代理公司: 42247 武漢紅觀專利代理事務(wù)所(普通合伙)
• 代理人: 李季<國際申請>=<國際公布>=<進入國

本發(fā)明提出了一種光時域分析儀和分析方法，通過利用前向拉曼放大，同時放大前向泵浦光以及泵浦光產(chǎn)生的瑞利散射和自發(fā)布里淵散射，不但延伸了系統(tǒng)距離，大幅度提升了系統(tǒng)的信噪比，同時也使該系統(tǒng)保持了單端測量的優(yōu)點；通過使用差分光電探測器進行外差檢測，可以避免泵浦光產(chǎn)生的自發(fā)布里淵散射對系統(tǒng)的影響；通過設(shè)置頻譜儀，可以在一個系統(tǒng)中得到解調(diào)后的瑞利散射和自發(fā)布里淵散射信號；并且在頻譜儀中設(shè)置第一低通濾波器和第二低通濾波器，可以減小噪聲對測量信號的影響，實現(xiàn)對測量信號的平滑處理。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及分布式光纖傳感領(lǐng)域，尤其涉及一種光時域分析儀和分析方法。

背景技術(shù)

光時域反射儀技術(shù)由于其分布式傳感的特性，在許多傳感領(lǐng)域有其獨特的 優(yōu)勢，因而得到了很多關(guān)注。光時域反射儀技術(shù)(OTDR)根據(jù)其實現(xiàn)原理可分為 偏振光時域反射儀技術(shù)(P-OTDR)、相位敏感光時域反射儀技術(shù)(Phase sensitive optical time domainreflectometry，簡稱為PS-OTDR)等。其中，偏振光時域反射 儀技術(shù)中激光器出射的激光被調(diào)制成占空比很小的光脈沖，這些光脈沖的偏振 態(tài)由一個偏振裝置所控制，當(dāng)光脈沖在光纖中傳輸時，由瑞利散射或菲涅爾反 射產(chǎn)生的背向傳輸信號攜帶著光纖不同部分偏振效應(yīng)的信息，通過測量背向傳 輸光的偏振態(tài)，可以得到偏振效應(yīng)沿光纖分布的情況，再根據(jù)偏振效應(yīng)與傳感 物理量的關(guān)系，就可以得到傳感物理量隨光纖長度的分布。相位敏感光時域反 射儀技術(shù)將光源換成相干性非常好的光源，光時域反射儀的背向散射光之間就 會相互干涉，形成干涉條紋，而外界環(huán)境參數(shù)(溫度變化、應(yīng)力、振動等均具 有較高的靈敏度)的變化，尤其是外界振動，會引起光纖長度和有效折射率的 微小改變，從而改變干涉條紋的形狀。

由于基于干涉效應(yīng)的相位敏感光時域反射比較敏感。但是，由于干涉效應(yīng) 的信號正比于相位變化的余弦函數(shù)，所以外力的作用呈周期變化，這造成相位 敏感光時域反射噪聲較大、難以區(qū)分信號的強度。偏振光時域反射儀正相反， 不如相位敏感光時域反射敏感，但是信號的噪聲小、線性范圍較大。為了兼容 上述兩種系統(tǒng)的優(yōu)點，揚長避短，本發(fā)明提供一種光時域分析儀和分析方法， 其外力作用周期性變化，并且信號噪聲小、線性范圍大。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提出了一種光時域分析儀和分析方法，其外力作用周期 性變化，并且信號噪聲小、線性范圍大。

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：本發(fā)明提供了一種光時域分析儀，包括 激光器、第一耦合器、第二耦合器、聲光調(diào)制器、非線性放大器、第一帶通濾 波器濾波、環(huán)形器、波分復(fù)用器、拉曼光纖激光器、第二帶通濾波器、差分光 電探測器、頻譜儀、A/D轉(zhuǎn)換器、處理器和傳感光纖；

激光器產(chǎn)生的光信號被50：50的第一耦合器分成兩路，下面一路作為外差 檢測的本振光，進入50：50的第二耦合器。上面一路進入聲光調(diào)制器進行聲光 調(diào)制，調(diào)制后的光脈沖被非線性放大器放大，然后被第一帶通濾波器濾波，以 去除放大器自發(fā)輻射噪聲，光脈沖通過環(huán)形器的第一端口到達(dá)波分復(fù)用器，通 過波分復(fù)用器進入光纖，拉曼光纖激光器作為該系統(tǒng)的泵浦源，產(chǎn)生的泵浦光 信號通過波分復(fù)用器進入光纖前端，光脈沖在光纖中前行，并不斷產(chǎn)生瑞利散 射光，同時光脈沖和瑞利散射光在光纖中被拉曼泵浦光分布式放大，瑞利散射 光散射回環(huán)形器的第二端口，從環(huán)形器的第三端口輸出，并被第二帶通濾波器 濾波，隨后通過第二耦合器與本振光拍頻，第二耦合器的輸出端信號被差分光 電探測器探測，差分后的電信號通過頻譜儀進行外差檢測，得到瑞利散射信號 以及布里淵散射信號，隨后通過A/D轉(zhuǎn)換器進行采集，并在處理器進行實時的 信號處理。

在以上技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，優(yōu)選的，頻譜儀包括第三帶通濾波器、可調(diào)諧 帶通濾波器、第一包絡(luò)檢波器、第二包絡(luò)檢波器、第一低通濾波器和第二低通 濾波器；