[实用新型]一种基于线性调频脉冲的相位敏感光时域反射计

说明书

技术领域

本实用新型涉及相位敏感光时域反射计，尤其涉及一种基于线性调频脉冲的相位敏感光时域反射计。

背景技术

分布式光纤传感技术以传感光纤自身同时作为信息传输媒介和感测单元，采用先进的方法技术，可以实现对光纤通路上几十万个点处外界物理量的同时测量，而且光纤本身具有体积小，重量轻，耐腐蚀，电绝缘，成本低，无源，可绕性好等特点，这决定了分布式光纤传感系统相比于普通电学传感器具有无可比拟的优势：耐腐蚀，绝缘性好，抗强电磁干扰；体积小且重量轻，具有可塑外形；灵敏度高；测量对象广泛；便于组网，复用；成本低廉；适用于长距离，大范围监测。

相位敏感光时域反射计作为分布式光纤传感技术的一种，具有以上分布式光纤传感技术的所有优势，另外相位敏感光时域反射计区别于传统的光时域反射技术，它使用的是窄线宽光源，以保证光纤中的后向瑞利散射光之间高度相干。同时，窄线宽光源保证了系统能够响应后向瑞利散射光相位变化信息，并且光源线宽越窄，散射信号间干涉越强，系统响应外界变化的敏感程度也越高，通过解调后向散射信号的幅度信息，可以对有外界扰动的位置进行精确定位，目前相位敏感光时域反射计技术已经广泛应用于周界安防监测领域。例如，2011年7月29日申请的、公开号为CN102280001B的中国专利“基于Φ-OTDR 的分布式光纤围栏入侵检测与定位方法”和2015年1月4日申请的、公开号为 CN104574742A的中国专利“一种基于Φ-OTDR技术的光纤周界安防系统”。虽然Φ-OTDR 技术优势众多，但是由于其后向散射信号的幅度是由脉冲宽度内散射光相干叠加成的，由于光纤的折射率分布并不均匀，其干涉叠加具有随机性，因此幅度变化与应变之间的定量关系很难确定，因此对于诸如应变、温度等需要定量测量的物理参量，以上技术方案就无法实现了。

国内外研究人员针对以上问题寻求相应解决方案。2009年，Yahei研究员提出通过对激光光源扫频的办法补偿由于应变或温度导致的相位改变，使其散射信号波形完全恢复，进而实现应变或温度精确定量监测，但是这种技术方案扫频过程耗时较长，难以实现动态应变监测(Yahei,Mutsumi,Kenya,Kazuo.Feiber-Optic Distributed Strain and Temperature Sensing With Very High Measurand Resolution Over Long Range Using Coherent OTDR[J].IEEE Journal of Lightwave Technology.2009,27(9):1142-1146.)。另一种技术方案是通过解调后向瑞利散射光的相位，建立相位与应变或温度之间的定量关系，进而实现定量测量。例如，2015年9月18日申请的、公开号为CN105222815A的中国专利“基于120度相差干涉仪的相位敏感光时域反射计”，以及采用相干探测和IQ解调技术解调后向瑞利散射光相位，实现纳应变定量测量(Dong Yongkang,et al. Quantitative measurement of dynamic nanostrain based on a phase-sensitive optical time domain reflectometer[J].Applied Optics,2016,55(28):7810-7815.)，但是以上两种技术方案需要解调相位信息，因此其系统结构和解调算法比较复杂。

发明内容

本实用新型的目的是针对目前技术方案动态性能低、解调技术复杂等问题，提供一种基于线性调频脉冲的相位敏感光时域反射计，具有结构简单、解调技术方便可行、实时动态分布式相位敏感光时域反射计，可适用于应变、温度、振动的实时动态定量监测。

实用新型技术方案：

一种基于线性调频脉冲的相位敏感光时域反射计，包括激光器、单边带调制器SSBM、声光调制器AOM、掺铒光纤放大器EDFAI、掺铒光纤放大器EDFAII、任意波形发生器AWG、光纤环形器、光纤布拉格光栅滤波器FBG、光电探测器、数据采集模块和待测光纤；

所述激光器的输出端与所述单边带调制器SSBM的输入端连接，用于激光器输出的窄线宽的单频连续激光进入单边带调制器SSBM中；

所述任意波形发生器AWG位于所述单边带调制器SSBM上方，用于任意波形发生器AWG 输出频率线性变化的微波信号加载到单边带调制器SSBM上；所述任意波形发生器AWG还与所述声光调制器AOM连接，用于任意波形发生器AWG输出脉冲信号将连续激光调制为脉冲光；