[發(fā)明專利]基于相移雙脈沖探測技術(shù)的Ф-OTDR系統(tǒng)及其解調(diào)方法

在審

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• 申請日: 2022-05-30
• 公開（公告）號: CN115326186A
• 公開（公告）日: 2022-11-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 邵理陽;劉帥旗;余飛宏;許維杰
• 申請（專利權(quán)）人: 南方科技大學(xué)
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00
• 代理公司: 北京易捷勝知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11613
• 代理人: 齊勝杰

本發(fā)明涉及一種基于相移雙脈沖探測技術(shù)的Ф?OTDR系統(tǒng)及其解調(diào)方法，系統(tǒng)包括前端組件，所述前端組件產(chǎn)生經(jīng)過光環(huán)行器輸入到待測傳感光纖的雙脈沖激光信號，所述雙脈沖激光信號為經(jīng)由驅(qū)動信號源對聲光調(diào)制器進(jìn)行驅(qū)動之后產(chǎn)生的、具有初始相位差的兩個脈沖激光信號；所述雙脈沖激光信號，經(jīng)過所述待測傳感光纖瑞利散射產(chǎn)生后向瑞利散射光信號，所述后向瑞利散射光信號經(jīng)過光環(huán)行器輸出至探測處理組件；所述探測處理組件，用于對經(jīng)過光環(huán)行器輸出的、所述后向瑞利散射光信號的干涉信號進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換并對電信號進(jìn)行解析，獲取振動事件的位置信息、振動波形和頻譜信息。所述系統(tǒng)解決了噪聲煩擾嚴(yán)重、光路復(fù)雜和硬件成本高的技術(shù)問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及分布式光纖振動傳感技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于相移雙脈沖探測技術(shù)的Ф-OTDR系統(tǒng)及其解調(diào)方法。

背景技術(shù)

在水電水利的基礎(chǔ)建設(shè)中，如油氣管道、軌道交通、橋梁隧道等基礎(chǔ)設(shè)施，存在大量的物理場需要監(jiān)測。

在實(shí)際應(yīng)用中，廣泛使用的現(xiàn)有技術(shù)為分布式光纖傳感技術(shù)。其中，Ф-OTDR(相位敏感型光時域探測儀)是一種快速發(fā)展的分布式振動傳感技術(shù)，目前常應(yīng)用為基于強(qiáng)度解調(diào)的系統(tǒng)光路和基于相位解調(diào)的系統(tǒng)光路。

基于強(qiáng)度解調(diào)的系統(tǒng)光路，由于結(jié)構(gòu)簡單，存在強(qiáng)度信息只能定性分析振動事件，無法分析振動事件的波形及頻譜信息的缺陷，用途少，應(yīng)用前景差。

基于相位解調(diào)的系統(tǒng)光路，由于使用外差探測技術(shù)得到中心頻率為幾十至幾百兆赫茲的拍頻信號，且需要使用與拍頻信號頻率匹配的大帶寬光電轉(zhuǎn)換器和數(shù)據(jù)采集設(shè)備，導(dǎo)致存在光路復(fù)雜，信號受激光源噪聲影響嚴(yán)重，系統(tǒng)硬件成本過高且數(shù)據(jù)處理難度大的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問題

鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)、不足，本發(fā)明提供一種基于相移雙脈沖探測技術(shù)的Ф-OTDR系統(tǒng)及其解調(diào)方法，所述系統(tǒng)解決了光路復(fù)雜、噪聲干擾嚴(yán)重、硬件成本高和數(shù)據(jù)處理難度大的技術(shù)問題。

(二)技術(shù)方案

為了達(dá)到上述目的，第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供一種基于相移雙脈沖探測技術(shù)的Ф-OTDR系統(tǒng)。系統(tǒng)包括：

前端組件，所述前端組件產(chǎn)生經(jīng)過光環(huán)行器輸出到待測傳感光纖的雙脈沖激光信號，所述雙脈沖激光信號為經(jīng)由驅(qū)動信號源對聲光調(diào)制器進(jìn)行驅(qū)動之后產(chǎn)生的、具有初始相位差的兩個脈沖激光信號；

所述雙脈沖激光信號，經(jīng)過所述待測傳感光纖瑞利散射產(chǎn)生后向瑞利散射光信號，所述后向瑞利散射光信號經(jīng)過光環(huán)行器輸出至探測處理組件；

所述探測處理組件，用于對經(jīng)過光環(huán)行器輸出的、所述后向瑞利散射光信號的干涉信號進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換并對電信號進(jìn)行解析，獲取振動事件的位置信息、振動波形和/或頻譜信息。

可選地，所述前端組件，包括窄線寬激光器、光隔離器、聲光調(diào)制器、驅(qū)動信號源和第一摻珥光纖放大器；

所述窄線寬激光器、光隔離器、聲光調(diào)制器和第一摻珥光纖放大器順序連接，所述驅(qū)動信號源通過射頻線與聲光調(diào)制器連接。

可選地，所述窄線寬激光器線寬小于10千赫茲；所述窄線寬激光器，輸出入射激光，經(jīng)過所述光隔離器輸出到所述聲光調(diào)制器；

所述聲光調(diào)制器經(jīng)由驅(qū)動信號源驅(qū)動，調(diào)制所述入射激光，輸出到所述第一摻珥光纖放大器；

所述第一摻珥光纖放大器，作為所述前端組件的輸出端與所述光環(huán)行器的第一端口連接；

所述光環(huán)行器的第二端口與所述待測傳感光纖連接；

所述光環(huán)行器的第三端口輸出到所述探測處理組件。