[发明专利]相位敏感OTDR传感器中电光调制器控制装置及方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及分布式光纤传感领域，尤其涉及一种应用于分布式相位敏感OTDR传感器中的电光调制器自动控制装置及方法。

背景技术

光通信技术的快速发展为光传感技术的应用提供了平台，其中光纤传感器正成为光传感器研究领域中的一大热点。与传统的电传感器相比，光纤传感器具有非常明显的技术优势。抗电磁干扰、电绝缘、耐腐蚀等特性使其不怕电磁干扰，也不影响外界的电磁场，安全可靠，这使它在强电磁干扰、强腐蚀等环境中能够有效的传感；高灵敏度的特性能够让光纤传感器应用于水声、加速度、温度、磁场等物理量的高灵敏传感领域；重量轻、体积小、外形可变等特性是光纤传感器能够更容易的适应应用环境。近些年光纤传感器领域发展迅速，根据原理不同可以测量多种物理量，例如测量温度、压力、位移、速度、加速度、液面、流量、振动、水声、电流、电场、磁场、电压、液体浓度等物理量的传感器均得到了不同程度的发展。

分布式相位敏感OTDR传感器是在原有OTDR分布式传感器的基础上发展出来的，根据传感光纤被扰动时，后向瑞利散射光的相位会变化，经过光纤传输，到达光电检测器的干涉强度发生变化从而进行检测。由于检测信息是调制在光的相位上，系统的灵敏度相较于传统方式有了很大的提高。在提高灵敏度的同时，则要求降低系统的噪声系数。其中的一个方面在于尽可能的增加光脉冲的消光比。这是因为在无光脉冲输出时，如果漏光功率较大，这部分光也会在传感光纤上产生后向瑞利散射光，这部分光会传回检测端，成为系统噪声。

为了达到较高的消光比，现在普遍的做法是使用声光调制器，但是声光调制器价格较高、驱动方式复杂，不利于系统的应用，随着高空间分辨率这一性能的要求，声光调制器本身的原理限制其不利于产生脉宽及窄的探测脉冲。随着技术的发展，电光调制器也能够达到很高的消光比，并且电光传感器价格较低，有利于这类传感器的发展。但是电光调制器的偏置点会因为环境产生变化，无法在相同的驱动电平下产生消光比最大且相同的光脉冲，为了解决这一问题，普遍的做法是外加调制器控制电路，将调制器输出的光通过光电转换、模数转换，利用数字处理器判断调制器的偏置点位置，从而调整电光调制器的驱动参数。这样的解决方式使系统组成复杂，增加了成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用于分布式相位敏感OTDR光纤传感器中，控制电光调制器工作在最大消光比状态的装置。光电检测器将传感光纤传回的后向瑞利散射光转换为电信号，经过模数转换变成数字信号，计算机通过对返回信号功率进行积分就可以判断调制器的工作状态，从而给信号发生器发送命令和参数，调整电光调制器的驱动信号。

   本发明解决技术问题所采取技术方案为：

   本发明中的装置包括窄线宽激光器、电光调制器、可编程信号发生器、掺铒光纤放大器、环形器、检测光纤、光电检测器、数据采集卡、计算机。窄线宽激光器与电光调制器的光输入端连接，可编程信号发生器的输出与电光调制器的偏置端连接，电光调制器的光输出端与掺铒光纤放大器的输入连接，掺铒光纤放大器的输出与环形器的1端口连接，环形器2端口与检测光纤连接，环形器3端口与光电检测器的输入连接，光电检测器的输出与数据采集卡的模拟输入连接，数据采集卡与计算机通过PCI Express接口连接，数据采集卡的外部触发端口与可编程信号发生器的同步端口连接，可编程信号发生器通过以太网与计算机连接。

   利用上述的装置进行控制的方法：电光调制器在可编程信号发生器产生的电脉冲驱动下，将窄线宽激光器发出的连续激光调制成为光脉冲，光脉冲经过掺铒光纤放大器放大，经环形器1端口接入，从环形器2端口注入到检测光纤中，在检测光纤中产生的瑞利后向散射光从检测光纤传回，从环形器2端口输入到环形器，从环形器3端口输出，光信号经光电检测器转换成模拟电信号，模拟电信号经过与可编程信号发生器同步的数据采集卡转换成数字信号，传到计算机进行处理；计算机对后向瑞利散射光功率进行定时长的积分，与之前的数据进行比较可以判断出调制器的消光比是否最大，计算出驱动电光调制器电脉冲的高电平和低电平，经过以太网将控制信号发送给可编程信号发生器，改变调制器的工作状态，从而在系统运行时，能够保证电光调制器工作在消光比最大的状态。

本发明的有益效果：本发明是通过检测后向瑞利散射光在电域内的功率积分来判断电光调制器的工作状态，从而控制电光调制器工作在最大消光比处，使检测系统始终工作在低噪状态下。这种装置能够不仅简化了系统结构，降低了系统成本，同时还能够很好的去除由于电光调制器偏置点不稳定带来的系统噪声。