[發(fā)明專利]一種基于啁啾脈沖的光時(shí)域反射計(jì)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011391964.5
• 申請(qǐng)日: 2020-12-02
• 公開（公告）號(hào): CN112713929B
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）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(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H04B10/071
• 分類號(hào): H04B10/071;H04B10/2513
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 張金福

本發(fā)明公開一種基于啁啾脈沖的光時(shí)域反射計(jì)，涉及分布式光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，用在分布式傳感中以提高應(yīng)變測(cè)量精度。探測(cè)光信號(hào)是通過外調(diào)制產(chǎn)生的線性啁啾脈沖，并以循環(huán)Simplex序列為碼字進(jìn)行歸零編碼；通過選擇合適的光源線寬來降低碼元間相干性，并保證碼元內(nèi)相干性，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的線性化；然后通過逆組合解碼方法和強(qiáng)度譜相關(guān)處理，能在擾動(dòng)點(diǎn)前后，根據(jù)兩組不同脈沖序列的背向瑞利散射響應(yīng)，求解出擾動(dòng)在傳感光纖上引起的應(yīng)變。本發(fā)明通過對(duì)編碼啁啾脈沖序列的背向瑞利散射響應(yīng)進(jìn)行逆組合解碼，可在一次測(cè)量中測(cè)得單脈沖的高信噪比背向瑞利散射響應(yīng)，較于累加平均法效率更高，同時(shí)還減小了強(qiáng)度譜相關(guān)過程中的誤差，提升了系統(tǒng)的應(yīng)變測(cè)量精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及分布式光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，更具體的，涉及一種基于啁啾脈沖的光時(shí)域反射計(jì)。

背景技術(shù)

基于瑞利散射機(jī)理的光時(shí)域反射(OTDR)系統(tǒng)作為一種基礎(chǔ)的分布式光纖傳感系統(tǒng)，主要是利用背向瑞利散射光在光纖中的強(qiáng)度變化來分析整條光纖鏈路上的損耗情況，用于定位光纖中的斷點(diǎn)十分有效。但由于OTDR系統(tǒng)使用寬譜脈沖進(jìn)行測(cè)量，光纖中光的干涉效應(yīng)十分微弱，因此對(duì)于外界施加在光纖上的擾動(dòng)很不敏感。

隨后Taylor等人在專利(US5194847A)中提出一種相位敏感型光時(shí)域反射系統(tǒng)，采用窄線寬激光器作為光源，經(jīng)調(diào)制器調(diào)制出的脈沖具有高相干性，增強(qiáng)了探測(cè)光脈沖內(nèi)的干涉現(xiàn)象，使得系統(tǒng)對(duì)于外界施加在光纖上的擾動(dòng)具有很高的響應(yīng)度。在擾動(dòng)處，由于彈光效應(yīng)和應(yīng)變效應(yīng)引起的背向瑞利散射光相位變化，使得散射光的強(qiáng)度發(fā)生突變，系統(tǒng)通過檢測(cè)背向瑞利散射光干涉強(qiáng)度譜的變化，對(duì)外界擾動(dòng)進(jìn)行定位。但由于相位到強(qiáng)度的變化不是線性的，因此通過傳統(tǒng)的系統(tǒng)無法通過強(qiáng)度信息定量的分析外界擾動(dòng)。

為了解決能夠在直接探測(cè)系統(tǒng)定量測(cè)量應(yīng)變，2016年，西班牙的H.F.Martins等人在專利(WO2017093588A1)中提出了一種基于啁啾脈沖和直接探測(cè)型的(CP-φOTDR)系統(tǒng)，使用線性啁啾脈沖作為探測(cè)脈沖，通過擾動(dòng)前后啁啾脈沖瑞利散射譜的時(shí)延差所對(duì)應(yīng)的頻差值對(duì)外界擾動(dòng)引起的相位變化作等效補(bǔ)償，由于相位變化與應(yīng)變值呈線性關(guān)系，該系統(tǒng)最終實(shí)現(xiàn)了對(duì)應(yīng)變的定量測(cè)量。但該系統(tǒng)最終求解的應(yīng)變值精度與啁啾脈沖的背向瑞利散射信號(hào)的信噪比成正比，因此需要研究背向瑞利散射信號(hào)信噪比的提升方法。

對(duì)于直接探測(cè)來說，提升信噪比最直接的方法就是提高探測(cè)光脈沖的峰值功率或者增大脈沖寬度，但前者可能會(huì)引起非線性效應(yīng)，后者又會(huì)導(dǎo)致空間分辨率的劣化。其次就是進(jìn)行多次測(cè)量后將所有結(jié)果進(jìn)行累加平均處理，但這種方法提升信噪比需要大量的測(cè)量次數(shù)，犧牲了系統(tǒng)的整體測(cè)量時(shí)間。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于保證系統(tǒng)測(cè)量效率的前提下，提高光時(shí)域反射計(jì)中背向瑞利散射響應(yīng)的信噪比，同時(shí)提升系統(tǒng)的應(yīng)變測(cè)量精度，為此提供了一種基于啁啾脈沖的光時(shí)域反射計(jì)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種基于啁啾脈沖的光時(shí)域反射計(jì)，包括激光器、信號(hào)調(diào)制模塊、光放大器、光濾波器、環(huán)形器、待測(cè)光纖、信號(hào)解調(diào)模塊；其中：

所述激光器輸出的光經(jīng)所述信號(hào)調(diào)制模塊得到基于歸零編碼的線性啁啾脈沖序列；

所述光放大器對(duì)所述線性啁啾脈沖序列進(jìn)行功率放大；

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

所述探測(cè)脈沖序列通過所述環(huán)形器輸入所述待測(cè)光纖中，在待測(cè)光纖中產(chǎn)生的背向瑞利散射光經(jīng)環(huán)形器進(jìn)入所述信號(hào)解調(diào)模塊中；

所述信號(hào)解調(diào)模塊對(duì)所述背向瑞利散射光進(jìn)行逆組合解碼和強(qiáng)度譜相關(guān)處理，在擾動(dòng)點(diǎn)前后，根據(jù)兩組不同脈沖序列的背向瑞利散射相應(yīng)，求解出擾動(dòng)在傳感光纖上引起的應(yīng)變。