[發明專利]高空間分辨率的大容量光柵陣列OTDR差分解調方法及系統

有效

• 申請號: 202010582634.8
• 申請日: 2020-06-23
• 公開（公告）號: CN111750912B
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發明（設計）人: 李凱;徐一旻;宋珂;王月明;馬俊杰;汪文靜
• 申請（專利權）人: 武漢烽理光電技術有限公司;武漢理工大學
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 許美紅

本發明提供了一種高空間分辨率的大容量光柵陣列OTDR差分解調方法，包括以下步驟：將光源發出的連續掃頻光調制成脈沖光，在連續的兩個周期內發出不同脈寬的脈沖光，相鄰脈寬差值相等；脈沖光經過高密度待測光纖光柵陣列反射，將反射光轉換成電信號，并采樣；脈寬每步進一次，對相鄰兩個周期脈寬的脈沖光的采樣數據進行差分運算，分別得到每個光柵的反射信號；若步進值為N，則每個光柵均得到N組反射信號，將N組反射信號進行N階平均后，作為每個光柵的最終反射信號。本發明可在不增加任何器件的情況下，提高OTDR系統解調信號的空間分辨率。

技術領域

本發明涉及光纖光柵傳感領域，尤其涉及一種能夠為大容量光柵陣列傳感系統提供一種高空間分辨率的OTDR差分解調方法及系統。

背景技術

大容量光柵陣列傳感系統是近年來迅速發展的一種新型光纖傳感系統，可在一根光纖上連續刻寫上萬個傳感光柵，最小刻寫間距已經達到10cm。但目前以OTDR技術解調的空間分辨率并無法達到10cm的等級，OTDR解調系統的空間分辨率與兩個指標相關：一個是光源脈寬，按照光在光纖中傳播的速度為2.0×10⁸m/s來計算，空間分辨達到10cm，脈寬必須要達到0.1m×2/2.0×10⁸m/s＝1ns，以目前的硬件水平限制，光脈沖上升沿一般都有2ns左右，脈寬只能達到5～10ns，若要達到1ns脈寬，上升沿時間必須要0.1ns左右，需要非常高的硬件帶寬和非?？斓捻憫俣龋@將極大的提高成本。另一個影響空間分辨率的因素是采樣頻率，根據奈奎斯特采樣定律，若要準確還原脈寬為1ns的信號，其采樣頻率至少要達到其2倍即2/1ns≈2GHz，目前2GHz以上的數據采集卡比較普遍，價格適中。因此，目前限制OTDR解調系統空間分辨率的主要因素為光源脈寬，因此發明一種低成本、高空間分辨率的OTDR解調方法迫在眉睫。

發明內容

本發明的目的在于，在不增加任何器件的情況下，提高光纖光柵陣列解調的空間分辨率。

本發明為達目的所采用的技術方案是：

提供一種高空間分辨率的大容量光柵陣列OTDR差分解調方法，包括以下步驟：

將光源發出的連續掃頻光調制成脈沖光，在連續的兩個周期內發出不同脈寬的脈沖光，相鄰脈寬差值相等；

脈沖光經過高密度待測光纖光柵陣列反射，將反射光轉換成電信號，并采樣；

脈寬每步進一次，對相鄰兩個周期脈寬的脈沖光的采樣數據進行差分運算，分別得到每個光柵的反射信號；

若步進值為N，則每個光柵均得到N組反射信號，將N組反射信號進行N階平均后，作為每個光柵的最終反射信號。

接上述技術方案，所述高密度待測光纖光柵包括間距為0.1m的待測光柵和待測光通道組成，其中待測光柵為半透半反型光學傳感器，寬譜光進入后與光柵波長重合的光被反射，其他波長的光則會透過。

接上述技術方案，相鄰周期的一個脈寬為i，另一個脈寬為j，脈寬差值為1ns的光程，則脈寬為i的脈沖采集到的數據中:

第一個采樣數據記為D_1,i，其攜帶的信息為光柵G₁～G₁₀反射回來的光強之和；

第二個采樣數據記為D_2,i，與第一個數據D_1,i相隔0.5ns，其攜帶的信息為光柵G₁～G₁₀+0.05m；

通過D_1,i、D_2,i兩個采樣點還原出G₁～G₁₀個光柵的反射光譜；