[發(fā)明專利]一種數(shù)字調制式掃頻的光頻域反射計系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010054976.2
• 申請日: 2020-01-17
• 公開（公告）號: CN111238550B
• 公開（公告）日: 2021-08-17
• 發(fā)明（設計）人: 宋牟平;莊守望
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 曹兆霞

本發(fā)明公開了一種數(shù)字調制式掃頻的分布式光頻域反射計系統(tǒng)，包括數(shù)字式掃頻光源模塊、傳感光路模塊和光電信號處理系統(tǒng)，所述數(shù)字式掃頻光源模塊產生頻率線性變化的光信號，所述光信號輸入至所述傳感光路模塊傳輸后，后向散射光信號與本地光相干涉后進入所述光電信號處理系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)分析，得出傳感檢測結果。該分布式光頻域反射計系統(tǒng)有效克服調諧激光器工作時可能產生的非線性掃頻問題，避免信號采集時的非等間隔采樣，增強掃頻范圍調節(jié)的靈活性，具有結構簡單，調頻方便的特點。

技術領域

本發(fā)明涉及分布式光纖傳感領域，尤其涉及一種數(shù)字調制式掃頻的分布式光頻域反射計系統(tǒng)。

背景技術

分布式光纖傳感技術因其具有分布式測量的能力，擁有很高的軍事和民用價值，在安防系統(tǒng)、油氣管道監(jiān)測、高層建筑監(jiān)測等領域有廣泛的應用。其中的光頻域反射計(Optical Frequency Domain Reflectometer)因為具有高分辨率和高精度的檢測能力越來越受到人們的關注。光頻域反射計系統(tǒng)采用波長可快速調諧的激光器作為光源，使得光頻率產生線性調諧，并輸入傳感光纖，利用光纖的背向散射原理，測量光纖的傳播特性。

光頻域反射計系統(tǒng)的關鍵在于需要掃頻范圍較大的可調諧激光器，并且在光源的掃頻過程中保持光頻率高速線性的變化。光頻域反射計的空間分辨率由其所使用的可調諧激光器的波長調諧范圍決定，激光器的波長調諧范圍越大，系統(tǒng)的空間分辨率越好，但通常掃頻范圍大的調諧激光器的線寬很寬，導致激光器的相干長度較小，極大的限制了系統(tǒng)的傳感距離。除了使用可調諧激光器，還可用窄帶激光源結合線性掃頻的微波源得到線性掃頻光源。文獻Wang B,Fan X Y,Wang S A,et al.Millimeter-resolution long-rangeOFDR using ultra-linearly 100GHz-swept optical source realized by injection-locking technique and cascaded FWM process[J].Optics express,2017,25(4):3514-3524)中，通過掃頻RF信號對激光器進行邊帶調制得到線性掃頻信號，系統(tǒng)的空間分辨率達到了毫米級，但復雜的調制過程限制了系統(tǒng)的性能。

此外，波長可調諧激光器在調諧過程中，其光源頻率掃頻時一般存在一定的非線性變化干擾，在采集處理信號時，會帶來非等間隔采樣的問題，這就會造成光頻域反射計的分辨率的嚴重惡化，影響系統(tǒng)性能。已有的文獻研究中，通過在系統(tǒng)中增加附加干涉儀，與主干涉儀同步采集信號，來解決激光器的非線性效應問題，采用這種方法時，附加干涉儀為主干涉儀提供采樣時鐘脈沖，從而實現(xiàn)等頻率間隔采樣，抑制光源頻率非線性掃頻對分辨率的影響。但難以消除非線性掃頻的影響，而且根據(jù)奈奎斯特采樣定理，系統(tǒng)的最大傳感距離被附加干涉儀限制，如文獻Feng B W,Liu K,Liu T G,et al.Improving OFDR spatialresolution by reducing external clock sampling error[J].Opticscommunications,365(15):74-79.記載的技術方案。

基于以上現(xiàn)有光頻域反射計系統(tǒng)的缺點，尋找高線性度掃頻光源技術來實現(xiàn)高分辨率的光頻域反射計十分有必要。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供一種數(shù)字調制式掃頻的分布式光頻域反射計系統(tǒng)，有效克服波長調諧激光器工作時可能產生的非線性掃頻問題，避免信號采集處理時的非等間隔采樣，增強掃頻范圍調節(jié)的靈活性，具有結構簡單，調頻方便的特點。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供的技術方案為：

一種數(shù)字調制式掃頻的分布式光頻域反射計系統(tǒng)，包括傳感光路模塊和光電信號處理系統(tǒng)，其特征在于，還包括數(shù)字式掃頻光源模塊，所述數(shù)字式掃頻光源模塊產生頻率線性變化的光信號，所述光信號輸入至所述傳感光路模塊后，后向散射光信號與本地光相干涉后輸入所述光電信號處理系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)分析，得出傳感檢測結果。