[发明专利]一种减小OFDR光源非线性相位影响的系统及方法

说明书

本发明公开了一种减小OFDR光源非线性相位影响的系统及方法，属于分布式光纤传感技术领域。本发明解决了现有技术中光路复杂，参考光纤存在长度限制，外界扰动对不同扰动位置的光纤产生不同的噪声项，可调谐光源的非线性相位的补偿与测试光纤的长度有关的问题。本发明中的光路结构主要包括可调谐窄线宽扫频激光器、光纤环形器、偏振控制器、光耦合器、偏振分束器、光电平衡探测器、数据采集卡和信号处理系统，本发明采用测试光纤作为辅助干涉仪的参考光纤，能够在OFDR系统中实现长距离以及高空间分辨率的信号检测。

技术领域

本发明属于分布式光纤传感技术领域，具体涉及一种减小OFDR光源非线性相位影响的系统及方法。

背景技术

分布式光纤传感技术基于光纤中光的干涉、瑞利散射等光学效应,利用光纤本身作为传感器,当光在光纤传输过程中受到加载在路径上的振动、应变、声音、温度变化、结构损伤等载荷的调制时,其在路径沿线不同空间分布和随时间变化的光信号也会产生相应变化。光频域反射(OFDR)作为一种先进的光学反射技术，与其他传感技术相比，有着高空间分辨率、大动态范围的优势。

在OFDR技术中，由于可调谐光源在线性调谐时的非线性调谐效应的客观存在，导致干涉仪中的拍频干涉信号在相同时间间隔下并不是相等光频间隔，因此不能直接对干涉仪中采集到的信号进行傅里叶变换。传统方法中消除光源非线性效应是利用一种非常典型的系统结构，即搭建两个马赫-曾德尔干涉仪，一个为辅助干涉仪，其拍频信号是由本振臂光信号与测试臂中经过延迟光纤的光信号发生干涉产生的，通过监测干涉信号光强度的变化，可以得到相位信息随时间的变化；另一个则为主干涉仪，其拍频信号是由本振臂光信号与测试臂中经过延迟光纤的后向瑞利散射光信号发生干涉产生的，由于瑞利散射光信号中包含了整个延迟光纤中相位的信息，所以拍频干涉信号中的相位信息是整个延迟光纤中相位的叠加，无法直接从中得到光源非线性相位的信息。通过采集辅助干涉仪的干涉信号得到可调谐光源的非线性相位信息，将得到的非线性相位信息与主干涉仪得到的信号在时间上一一对应，利用算法对主干涉仪的信号进行补偿。

通过算法能实现等光频间隔的采样，可以非常有效的抑制系统中由光源带来的非线性效应，有效提升拍频干涉信号的质量。然而这种系统结构在进行等光频采样的同时，也是具有一定缺点的，即参考光纤和测试光纤是两条不同的光纤，由于不同光纤之间存在外界环境导致的不同的随机相位噪声，同时，参考光纤中得到的光源非线性相位信息是与距离有关的，其本身就相当于一个只有一个反射点的主干涉仪信号，当用参考光纤得到的相位信息对测试光纤进行补偿时，随着测试光纤与参考光纤距离的增大，补偿效果越差，所以用辅助干涉仪的拍频干涉信号来给主干涉仪的信号进行光源的非线性补偿存在一定的误差。

发明内容

本发明提供了一种减小OFDR光源非线性相位影响的系统及方法，能够提高OFDR的空间分辨率，简化光路结构。

本发明所采用的技术方案是：一种减小OFDR光源非线性相位影响的系统，包括OFDR光路系统，还包括一个测试光纤，所述OFDR光源系统至少包括光环形器和3dB光耦合器；所述测试光纤一端连接光环形器的输出端口2，一端连接3dB光耦合器的输入端口2。

进一步地，所述OFDR光路系统包括可调谐窄线宽激光光源、主干涉仪、辅助干涉仪；所述主干涉仪包括光耦合器、光环形器、偏振控制器、测试光纤和3dB光耦合器，所述光耦合器的输出端口2与光环形器的输入端口1相连，所述光耦合器的输出端口3与偏振控制器相连接，所述光环形器的输出端口2与测试光纤相连，所述光环形器的输出端口3与3dB光耦合器的输入端口1相连，所述偏振控制器的输出端与3dB光耦合器的输入端口2相连；

所述辅助干涉仪包括光耦合器、光环形器、测试光纤和3dB光耦合器，所述光耦合器的输出端口3与3dB光耦合器的输入端口1相连，所述测试光纤与3dB光耦合器的输入端口2相连。