[發明專利]一種基于等效取樣和精密延時的光纜擾動監測系統及方法

在審

• 申請號: 202211233594.1
• 申請日: 2022-10-10
• 公開（公告）號: CN115694626A
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發明（設計）人: 張敏娟;仝博森;景寧;王耀利;王志斌;銀子燕;張寧;楊坤;牛森;李孟委
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: H04B10/071
• 分類號: H04B10/071
• 代理公司: 太原榮信德知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14119
• 代理人: 連慧敏

本發明屬于光纜擾動監測技術領域，具體涉及一種基于等效取樣和精密延時的光纜擾動監測系統及方法，包括光學部分、電學部分和數據處理部分，所述括光學部分與電學部分電性連接，所述電學部分與數據處理部分電性連接，所述數據處理部分采用上位機。本發明利用已鋪設光纜，基于等效時間采樣方法和精密時鐘控制、精密延時控制等產生窄脈沖信號，通過同時觸發窄脈沖激光器發射激光和精細延時模塊產生精細延時，實現背向散射光的產生和和對背向散射光的等效時間取樣；通過多次觸發發射激光和等效時間采樣，重構不同位置、高分辨率的光纖擾動監測信號，可實施監測不同位置的光纖擾動。

技術領域

本發明屬于光纜擾動監測技術領域，具體涉及一種基于等效取樣和精密延時的光纜擾動監測系統及方法。

背景技術

分布式光纖擾動檢測技術根據監測的原理不同，主要分為干涉型和散射型。干涉型主要由邁克爾遜干涉型、薩格奈克型、MZ型等。其中，Michelson型擾動傳感結構傳感距離比較近，且定位誤差較大；基本Sagnac型擾動傳感技術是利用頻譜求取陷波點的方法，對擾動行為進行定位，此種方法定位精度不高，且需要擾動行為具有較寬的頻譜范圍(大于20kHz)，適用范圍受到限制；MZ型監測距離較遠、定位精度高，但算法比較復雜，且在雙M-Z型光纖擾動傳感結構中需使用兩根傳感光纖和一根傳導光纖，資源浪費，不適合遠距離擾動監測。

散射型光纖擾動檢測技術主要有光時域反射技術OTDR，光頻域反射技術OFDR，光時域反射技術監測距離較長、定位也較準確，且結構簡單、易實現；光頻域反射技術分辨率較高、但檢測距離較短。

因此，目前有將OTDR進行改進、或者將OTDR與不同干涉型相結合，實現高精度、長距離光纖擾動測試的方法。如：基于相位敏感光時域反射技術φ-OTDR，結構簡單、易于實現、系統穩定、定位準確以及多點擾動事件同時檢測的能力，但由于φ-OTDR原理為多光束干涉，容易受到外界環境的干擾，導致噪聲普遍較大。

針對φ-OTDR分布式光纖傳感的不足，許多學者和研究人員對該技術進行了改進，相繼提出了外差探測的光時域反射計C-OTDR、基于布里淵散射的光纖擾動傳感技術B-OTDR、基于受激布里淵散射的分布式傳感技術B-OTDA，以及將干涉型光纖傳感技術與φ-OTDR相結合的多種擾動傳感技術，如邁克爾遜干涉儀和φ-OTDR結合的分布式光纖擾動應變傳感器、馬赫-曾德爾(M-Z)干涉的φ-OTDR分布式光纖擾動應變傳感器等，以提高分布式光纖擾動檢測的有效距離、空間分辨率等系統性能指標。但是該技術在超長距離測量方面仍不足，而且需要專門鋪設傳感光纖，增加了測試系統的成本。因此，有必要研究利用現有的通信光纖進行環境擾動、安全監測的方法。

發明內容

針對上述基于相位敏感光時域反射技術φ-OTDR容易受到外界環境的干擾，導致噪聲普遍較大，且干涉儀和φ-OTDR結合的分布式光纖擾動應變傳感器、干涉的φ-OTDR分布式光纖擾動應變傳感器超長距離測量方面仍不足，而且需要專門鋪設傳感光纖，增加了測試系統的成本的技術問題，本發明提供了一種定位精度高、測量速度快的基于等效取樣和精密延時的光纜擾動監測系統及方法。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：

一種基于等效取樣和精密延時的光纜擾動監測系統，包括光學部分、電學部分和數據處理部分，所述光學部分與電學部分電性連接，所述電學部分與數據處理部分電性連接，所述數據處理部分采用上位機。

所述光學部分包括窄脈沖激光器、電光調制器、光放大器、第一光環形器、第二光環形器、泵浦光源、通信光纖、光濾波器、光電探測器，所述窄脈沖激光器的光路方向上依次設置有電光調制器、光放大器、第一光環形器，所述第一光環形器通過通信光纖與第二光環形器連接，所述第二光環形器設置在泵浦光源的光路方向上，所述第一光環形器的光路方向上設置有光濾波器，所述光濾波器的光路方向上設置有光電探測器。