[發明專利]分布式相位敏感光時域反射儀傳感系統及相位提取方法

有效

• 申請號: 202010071038.3
• 申請日: 2020-01-21
• 公開（公告）號: CN111238551B
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 周嫻;吳欽;王鯤;劉曉軍;霍佳皓;苑金輝;隆克平
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353;G01M11/00
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發明提供一種分布式相位敏感光時域反射儀傳感系統及相位提取方法，能夠提高擾動位置定位和擾動相位提取的準確性。所述方法包括：在發送端，通過聲光調制器將信號光調制成脈沖光，脈沖光經過環形器注入傳感光纖，從傳感光纖反射回的瑞利散射光通過環形器輸出，其中，脈沖光在聲光調制器頻移的作用下成為單邊帶信號；在接收端，將本振光和環形器輸出的瑞利散射光在第二耦合器中進行混頻，其中,混頻之后的光信號為單邊帶信號,混頻之后的光信號通過單個光電探測器進行光電轉換，對光電轉換后的電信號進行帶通濾波并取濾波后電信號中的一個邊帶，對提取的邊帶進行數字信號處理，得到光纖擾動信號的位置及相位。本發明涉及分布式光纖傳感技術領域。

技術領域

本發明涉及分布式光纖傳感技術領域，特別是指一種分布式相位敏感光時域反射儀傳感系統及相位提取方法。

背景技術

隨著科學技術及工程建設的蓬勃發展，電網中的電纜與通信網中的光纜遍布在各個角落，例如，跨海大橋。這些工程往往橫跨幾十甚至上百公里，單單依靠人力對這些大型工程的安防及擾動監測是遠遠不夠的，相位敏感光時域反射儀(Φ-OTDR)技術可以代替人力實現長距離的安防及擾動監測。通過分析Φ-OTDR傳感系統接收的瑞利散射光，可以實現探測距離內的擾動信號定位以及其相位提取。目前，Φ-OTDR傳感系統中使用的調制器多種多樣，如光纖聲光調制器(AOM)、電光調制器(Electro-Optic Modulator，EOM)等將連續的激光調制成脈沖光。EOM采用同相/正交(IQ)調制，調制方式復雜，并且EOM的消光比較小，很容易造成Φ-OTDR傳感系統擾動的誤判，影響擾動信號的定位結果，更進一步影響擾動信號的相位提取及分析；因此，現有技術中，常用AOM與平衡光電探測器(BPD)結合，利用外差相干檢測來實現擾動信號相位的提取，但是BPD在使信號功率增大一倍的同時，噪聲功率同樣會增加一倍，導致擾動位置定位和擾動相位提取的準確性下降。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種分布式相位敏感光時域反射儀傳感系統及相位提取方法，以解決現有技術所存在的由于噪聲功率增加，導致擾動位置定位和擾動相位提取的準確性下降的問題。

為解決上述技術問題，本發明實施例提供一種分布式相位敏感光時域反射儀傳感系統，包括：窄線寬激光器、第一耦合器、聲光調制器、環形器、第二耦合器、光電探測器和數字信號處理器；其中，

窄線寬激光器，用于發射激光并將發射的激光通過第一耦合器分成兩路，其中，一路作為信號光被聲光調制器調制成脈沖光并在聲光調制器頻移的作用下成為單邊帶信號，作為單邊帶信號的脈沖光經過環形器注入傳感光纖，從傳感光纖反射回的瑞利散射光通過環形器輸出；另一路作為本振光發送至第二耦合器；

第二耦合器，用于對本振光和環形器輸出的瑞利散射光進行混頻，混頻之后的光信號通過單個光電探測器進行光電轉換；其中，混頻之后的光信號為單邊帶信號；

數字信號處理器，用于對光電轉換后的電信號進行帶通濾波并取濾波后電信號中的一個邊帶，對提取的邊帶進行數字信號處理，得到光纖擾動信號的位置及相位。

進一步的，所述系統還包括：第一摻鉺光纖放大器和第一帶通濾波器；

所述第一摻鉺光纖放大器，用于對作為單邊帶信號的脈沖光進行功率放大；

所述第一帶通濾波器，用于對放大后的脈沖光進行濾波處理，濾波后的脈沖光經過環形器注入傳感光纖。

進一步的，所述系統還包括：第二摻鉺光纖放大器和第二帶通濾波器；

所述第二摻鉺光纖放大器，用于對環形器輸出的瑞利散射光進行功率放大；

所述第二帶通濾波器，用于對放大后的瑞利散射光進行濾波處理，濾波后的瑞利散射光輸入至第二耦合器。

本發明實施例還提供一種應用于權利要求1所述傳感系統的相位提取方法，包括：