[發明專利]一種基于啁啾脈沖的光時域反射計

有效

• 申請號: 202011391964.5
• 申請日: 2020-12-02
• 公開（公告）號: CN112713929B
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發明（設計）人: 楊軍;余鑫峰;葉志耿;莊芹芹;喻張俊;徐鵬柏;溫坤華;王云才;秦玉文
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: H04B10/071
• 分類號: H04B10/071;H04B10/2513
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 張金福

1.一種基于啁啾脈沖的光時域反射計，其特征在于，包括激光器(1)、信號調制模塊(2)、光放大器(3)、光濾波器(4)、環形器(5)、待測光纖(6)、信號解調模塊(7)；其中：

所述激光器(1)輸出的光經所述信號調制模塊(2)得到基于歸零編碼的線性啁啾脈沖序列；

所述光放大器(3)對所述線性啁啾脈沖序列進行功率放大；

所述光濾波器(4)對功率放大后的線性啁啾脈沖序列進行濾除噪聲和雜波處理后得到探測脈沖序列；

所述探測脈沖序列通過所述環形器(5)輸入所述待測光纖(6)中，在待測光纖(6)中產生的背向瑞利散射光經環形器(5)進入所述信號解調模塊(7)中；

所述信號解調模塊(7)對所述背向瑞利散射光進行逆組合解碼和強度譜相關處理，得到高信噪比的單脈沖背向瑞利散射響應；所述強度譜相關處理即在發生擾動過程中，采集擾動發生前后解碼得到的兩組數據進行相關處理；所述兩組數據在時序上對應不同循環周期內的背向瑞利散射響應；

其中，激光器(1)的光源線寬Δυ需滿足以下要求：

式中，τ_p表示光脈沖序列長度；N_max為編碼序列的最大碼字數；RTT為光脈沖在待測光纖(6)中的往返時間；激光器(1)通過選擇符合光源線寬需求的線寬，在保證脈沖寬度范圍內光相干性的前提下，使得光源相干長度小于脈沖之間的間隔，避免相鄰脈沖之間相干，實現系統的線性化；

所述信號調制模塊(2)包括電光調制器(21)、波形發生器(22)和半導體光放大器(23)；其中：

所述電光調制器(21)接收由所述激光器(1)發出的連續光后進行調制，得到基于歸零編碼的線性啁啾脈沖序列；所述電光調制器(21)需要通過設置偏置電壓使其工作在正交偏置點處；

所述基于歸零編碼的線性啁啾脈沖序列經過所述半導體光放大器(23)提高消光比，再輸入所述光放大器(3)中；

所述波形發生器(22)產生驅動信號對所述電光調制器(21)和所述半導體光放大器(23)進行同步驅動。

2.根據權利要求1所述的一種基于啁啾脈沖的光時域反射計，其特征在于，所述半導體光放大器(23)的上升沿為1～2ns。

3.根據權利要求1所述的一種基于啁啾脈沖的光時域反射計，其特征在于，在所述基于歸零編碼的線性啁啾脈沖序列中，采用Simplex序列作為碼字，對歸零碼元中的脈沖進行強度調制，并且這些脈沖均具有相同的脈寬τ_p和頻率啁啾范圍Δf，頻率的啁啾速率為k＝Δf/τ_p。

4.根據權利要求3所述的一種基于啁啾脈沖的光時域反射計，其特征在于，所述基于歸零編碼的線性啁啾脈沖序列從所述半導體光放大器(23)輸出后，在經所述光放大器(3)進行功率放大時，會產生自發輻射噪聲，即ASE噪聲；經過所述光濾波器(4)后對ASE噪聲和其他雜波進行濾除，得到探測脈沖序列。

5.根據權利要求4所述的一種基于啁啾脈沖的光時域反射計，其特征在于，所述信號解調模塊(7)包括光電探測器(71)和數據采集卡(72)；其中：

所述探測脈沖序列通過所述環形器(5)輸入所述待測光纖(6)中，在待測光纖(6)中產生的背向瑞利散射光經環形器(5)進入所述信號解調模塊(7)中；

在所述光電探測器(71)中將背向瑞利散射光轉化為電信號；

所述數據采集卡(72)對所述電信號進行采集，并對采集到的數據進行逆組合解碼處理和強度譜相關處理，得到高信噪比的單脈沖背向瑞利散射響應。

6.根據權利要求5所述的一種基于啁啾脈沖的光時域反射計，其特征在于，所述逆組合解碼處理，就是對采集到的數據進行線性組合的逆運算，通過循環Simplex矩陣的逆矩陣實現。

7.根據權利要求6所述的一種基于啁啾脈沖的光時域反射計，其特征在于，在所述逆組合解碼處理，得到單脈沖背向瑞利散射響應后，若有擾動發生，擾動處的光纖將收到應力作用，同時會使擾動處的光纖背向瑞利散射的強度譜產生一定的時移變化；將擾動發生前后解碼得到的單脈沖背向瑞利散射譜進行相關處理，在得到的相關譜中，相關峰最大值對應的延時Δt就是由擾動引起的時移量，利用公式確定外界擾動引起的應變Δε大小，具體為：

其中，f_M的值等于線性啁啾脈沖頻率啁啾范圍的中值Δf/2加上受調制的連續光頻率f₀。