[发明专利]一种基于频率调制的相位敏感光时域反射装置及方法

权利要求书

1.一种基于频率调制的相位敏感光时域反射装置，其特征在于，包括激光光源(1)、频率调制装置(2)、光放大与滤波模块(3)、传感模块(4)、信号采集及解调装置(5)；所述信号采集及解调装置(5)包括光电探测器(501)、采集卡(502)和解调装置(503)；其中：

所述激光光源(1)发出激光经所述频率调制装置(2)进行调制，得到高消光比多频脉冲信号；

所述光放大与滤波模块(3)对高消光比多频脉冲信号进行光功率放大并滤除放大产生的噪声后，经过所述传感模块(4)将光信号输入所述信号采集及解调装置(5)中；

所述信号采集及解调装置(5)通过所述光电探测器(501)将光信号转化为电信号并输出到所述采集卡(502)；

所述解调装置(503)对所述采集卡(502)的数据进行解码处理，通过利用N个频段不同且不重叠的数字带通滤波器，将频段互不重叠的瑞利散射图样数据从频域上分开，分别取得N个多频脉冲的瑞利散射图样，并且按照一定长度的窗口将测得的瑞利散射图样与瑞利散射参考图样进行互相关运算，其振动位置处的瑞利散射图样将发生偏移，因此其相关峰发生偏移位置即振动区域，其应变量大小由互相关峰的偏移量决定，即其中，K为扫频速率，υ₀为中心频率，Δt为互相关峰偏移量；

所述频率调制装置(2)包括信号发生器(201)、第一频率调制器(202)、第二频率调制器(203)、脉冲调制器(204)、第一耦合器(205)和第二耦合器(206)；其中：

所述第一耦合器(205)分光比为50:50，用于将激光分成两束分别输入至所述第一频率调制器(202)、第二频率调制器(203)中；

所述信号发生器(201)的一个通道重复输出N个不同频段的线性调频脉冲用于驱动所述第一频率调制器(202)，重复输出间隔为T；另一通道产生同步输出N个固定频率的正弦脉冲信号用于驱动所述第二频率调制器(203)，重复输出间隔为T；同时使用其中一个通道的同步端口输出信号用于驱动所述脉冲调制器(204)；其中，N和T的乘积需等于光脉冲在传感光纤中的巡回时间T_R；

所述第二耦合器(206)将所述第一频率调制器(202)、第二频率调制器(203)的输出光信号合并为多频光信号；

所述脉冲调制器(204)将多频光信号调制成高消光比多频脉冲信号；

所述光放大与滤波模块(3)包括光放大器(301)、光滤波器(302)和可调衰减器(303)；其中：

所述光放大器(301)将高消光比多频脉冲信号的光功率进行放大；

所述光滤波器(302)滤除所述光放大器(301)带来的噪声；

所述可调衰减器(303)对滤波后的光功率进行调整，并将信号输入至所述传感模块(4)中；

所述传感模块(4)包括环形器(401)和传感光纤(402)；所述传感光纤(402)输入端与所述可调衰减器(303)输出端连接；所述环形器(401)输入端与所述传感光纤(402)相连；所述环形器(401)输出端与所述光电探测器(501)相连；其中：

所述可调衰减器(303)将信号输入所述传感光纤(402)中，由所述环形器(401)接入所述光电探测器(501)中。

2.根据权利要求1所述的一种基于频率调制的相位敏感光时域反射装置，其特征在于，所述巡回时间T_R表达式为：

其中，L为传感长度，n为折射率，c为光在真空中的光速。