[发明专利]一种基于CP-ΦOTDR的高重复率准分布式传感系统及其实现方法

说明书

本发明公开了一种基于CP‑ΦOTDR的高重复率准分布式传感系统及实现方法，属于光纤传感测量技术领域，包括激光器模块、耦合器、光信号调制模块、信号检测模块、光环形器、待测传感光纤，所述光信号调制模块将光信号调制为N个位于相同频带和不同频带的正负啁啾脉冲光信号，所述信号检测模块利用反射光信号和耦合器输入的本振光信号产生拍频信号，所述信号检测模块将所述拍频信号输入信号解调模块进行解调和输出，得到所述反射光信号的扰动信息；本发明在保证高空间分辨率的同时，使得测量重复率提升了N倍，不需要双通道探测，只需要单通道即可，降低了系统复杂度。

技术领域

本发明涉及光纤传感测量技术领域，具体涉及一种基于CP-ΦOTDR的高重复率准分布式传感系统及其实现方法。

背景技术

传感器作为一种集成自动测量、记录等功能的检测装置，在我们的生活及生产活动中得到了广泛的应用。相比于传统的电学传感器，基于光纤的传感器具有轻便、抗腐蚀、抗电磁干扰、耐高温、探测灵敏度高等独特的优势，所以分布式光纤传感在近几十年来得到快速发展。

相位敏感形光时域反射仪是一种典型的分布式光纤传感系统，它通过解调光纤中瑞利散射光的干涉强度来进行对外界干扰的实时监测，由于其具有超高灵敏度的显著优势而备受关注，但是由于瑞利散射光的强度很微弱而且反射率不稳定，所以在信噪比和传感距离等方面有很多的限制。

由于FBG的反射强度很高而且很稳定，所以基于弱反射率FBG串的准分布式测量系统受到广泛应用。但是不管是分布式测量系统还是准分布式测量系统，测量重复率f_scan和传感距离L是相互制约的,他们之间满足f_scan≤c/2nL。

近年来，对于打破测量重复率和传感距离限制的研究，主要有以下两种：

1、基于频分复用的分布式光纤传感技术，通过向传感光纤中注入N个不同频率范围的啁啾脉冲，通过在频域加窗的方法分别解调出来各个频率范围的散射信号，这些散射信号可以分别恢复出来扰动信息，从而测量重复率提升了N倍，但是这种方法使得传感带宽增加了N倍，而且由于啁啾信号扫频范围的减小，使得系统的空间分辨率也降低了N倍。

2、基于正负频IQ解调的分布式光纤传感技术，通过向传感光纤中注入正负频率的啁啾脉冲，由于正频和负频在频域上是可以分开的，所以运用傅里叶变换技术，可以将携带反射光信息的正负频率的信号分开，它们可以分别恢复出来扰动信息，使得测量重复率提升了2倍。但是这种方法需要双通道探测，增加了系统的复杂度。

发明内容

本发明的目的在于：本发明提供了一种基于CP-ΦOTDR的高重复率准分布式传感系统及其实现方法，解决了目前的准分布式测量系统由于测量重复率与传感距离相互制约，无法保证在系统具有高空间分辨率的同时提高重复率的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于CP-ΦOTDR的高重复率准分布式传感系统，包括激光器模块，所述激光器模块产生光信号至耦合器，所述耦合器分别将光信号输入光信号调制模块和信号检测模块，

所述光信号调制模块将光信号调制为N个位于相同频带和不同频带的正负啁啾脉冲光信号，所述光信号调制模块的输出端连接光环形器的端口1，所述光环形器的端口2将啁啾脉冲光信号输入待测传感光纤并接收所述待测传感光纤返回的反射光信号，所述光环形器的端口3将所述反射光信号输入信号检测模块，

所述信号检测模块利用反射光信号和耦合器输入的本振光信号产生拍频信号，所述信号检测模块将所述拍频信号输入信号解调模块进行解调和输出，得到所述反射光信号的扰动信息。

进一步的，所述光信号调制模块包括波形发生器和电光调制器。

进一步的，所述待测传感光纤中的反射点为光纤布拉格光栅(FBG)。

进一步的，所述信号检测模块包括光混合器和信号采集器。