[發明專利]分布式光纖聲波探測系統及探測方法

在審

• 申請號: 202210290505.0
• 申請日: 2022-03-23
• 公開（公告）號: CN114719952A
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 徐一旻;江山;閆奇眾;王月明;劉芳;宋珂;李凱
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學;武漢烽理光電技術有限公司
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00;H01S5/06
• 代理公司: 武漢智嘉聯合知識產權代理事務所(普通合伙) 42231
• 代理人: 張璐

本發明涉及一種分布式光纖聲波探測系統及探測方法，其系統包括：連續光產生模塊，包括頻相穩定器、激光器及分束器，激光器用于輸出經過頻相穩定器進行反饋控制的連續光信號，分束器用于將連續光信號分為第一支路連續光信號和第二支路連續光信號；脈沖調制模塊，包括聲光調制器與脈沖邊沿整形器，聲光調制器用于對第一支路連續光信號進行第一脈沖調制，輸出第一探測光脈沖信號，脈沖邊整形器用于對第一探測光脈沖信號進行第二脈沖調制，輸出第二探測光脈沖信號；探測光纖，用于接收第二探測光脈沖信號，并返回輸出第一探測光信號；信號處理模塊，用于處理第一探測光信號和第二支路連續光信號。本系統具有較高的信噪比。

技術領域

本發明涉及光纖傳感技術領域，尤其涉及一種分布式光纖聲波探測系統。

背景技術

分布式光纖聲波探測技術在周界安全、油氣管線泄漏監測、電力電纜狀態監測、地球物理勘探、海洋聲場監聽等眾多應用領域取得了一些列的技術成果，充分展示了光纖傳感技術獨有靈敏度高、動態范圍大,可長距離連續監測的技術優勢。

通過對分布式光纖聲波探測技術的分析，可以發現現有技術中為了實現更高性能的探測及解題系統，一般采用外部脈沖調制模式以避免引入激光器調制噪聲，同時在提升光脈沖質量方面，盡量避免采用低消光比的電光調制器件，以獲得更高質量的探測光脈沖信號。如發明專利：基于雙聲光調制器的光時域反射儀及其共模抑制方法(CN103900623B)，通過采用雙聲光調制器技術用于消除激光源及外部調制器件的源噪聲，并通過兩次差分的方式，降低了激光源和射頻源所引入的噪聲干擾，但對于采用聲光調制技術的分布式聲波探測系統由于受到聲光調制器件上升沿及下降沿較為緩慢，且存在一定的過沖現象，不利于獲得高性能的理想調制光脈沖信號；發明專利：基于時域反射技術的分布式周界系統信號增強方法及系統(CN104183074B)，通過小波分解技術對探測到的信號進行后處理，以避免低頻干擾部分，提高可用信號的信噪比指標，但是分布式光纖聲波探測系統中存在的低頻噪聲的最主要來源就是激光器的光源信號的頻率不穩定性，這種長期不穩定性對信號處理過程造成了極大的困難，并影響信號處理速度，降低了系統的響應速度，不利于提高分布式光纖聲波探測技術的推廣應用；Meiqi REN等人的文章：Study ofФ-OTDR Stabilityfor Dynamic Strain Measurement in Piezoelectric Vibration(PHOTONIC SENSORS/Vol.6,No.3,2016:199-208)，其中，待測相位信號的穩定性受到解調光路的影響，采用電光調制技術和直接解調原理的探測系統所獲得的探測信號存在較大的不確定度指標。仍舊需要通過不斷的系統設計優化來提升分布式光纖聲波探測系統的信噪比指標，以保證探測信號具有較好的一致性及可靠性。

因此，如何進一步提高分布式光纖聲波探測系統的信噪比是一個亟待解決的問題。

發明內容

有鑒于此，有必要提供一種分布式光纖聲波探測系統，用以提高輸出信號的信噪比指標，確保分布式聲波探測系統具有較高的探測靈敏度、動態范圍和長期信號穩定性。

為了實現上述目的，第一方面，本發明提供一種分布式光纖聲波探測系統，包括：

連續光產生模塊，包括頻相穩定器、激光器及分束器，所述激光器用于輸出經過所述頻相穩定器進行反饋控制的連續光信號，所述分束器用于將所述連續光信號分為第一支路連續光信號和第二支路連續光信號；

脈沖調制模塊，包括聲光調制器與脈沖邊沿整形器，所述聲光調制器用于對所述第一支路連續光信號進行第一脈沖調制，輸出第一探測光脈沖信號，所述脈沖邊整形器用于對所述第一探測光脈沖信號進行第二脈沖調制，輸出第二探測光脈沖信號；

探測光纖，用于接收所述第二探測光脈沖信號，并返回輸出第一探測光信號；

信號處理模塊，用于處理所述第一探測光信號和所述第二支路連續光信號。