[发明专利]一种基于四分频驱动的BOTDA系统

说明书

本发明公开了一种基于四分频驱动的BOTDA系统，包括窄线宽激光器、第一电光强度调制器、光耦合器、偏振控制器、第一掺饵光纤放大器、光隔离器、单模光纤、第一光滤波器、第二电光强度调制器、第二掺饵光纤放大器、环形器、第二光滤波器、可调射频信号发生器、脉冲信号发生器和信号处理单元；光耦合器上路与偏振控制器连接，偏振控制器、第一掺饵光纤放大器连接、光隔离器和单模光纤始端依次连接，光耦合器下路与第一光滤波器连接，第二电光强度调制器经脉冲信号发生器调制后与第二掺饵光纤放大器连接，第二掺饵光纤放大器与环形器1口连接，环形器2口与单模光纤末端连接。本发明只用原射频驱动信号的四分之一来实现两束光频差为布里渊频移。

技术领域

本发明涉及分布式光纤传感技术领域，具体涉及一种基于四分频驱动的BOTDA系统。

背景技术

基于光纤受激布里渊散射的布里渊光时域分析仪(Brillouin Optical Time-Domain Analysis，BOTDA)，在大型土木工程、通信光缆、油气管道等的结构健康监测中有着巨大的潜在用途。布里渊光时域分析技术利用受激布里渊放大特性，让两束光在光纤中相向传播，一束是频率为v₁的脉冲泵浦光，另一束是频率为v₂的连续探测光。当两束光在光纤某处相遇且两者的频率差等于布里渊频移v_B(约11GHz)时，频率高的光信号的能量将向频率低的光信号转移，即所谓的受激布里渊放大。当光纤上的某一段发生应变时，该部位的布里渊频移将由v_B变成v_B+Δv，从而引起该区域布里渊信号的急剧变化。通过扫频使入射的泵浦光和探测光之间的频率差等于v_B，就能接收到该处的布里渊散射信号，进而测得布里渊频移(BFS)，根据布里渊频移(BFS)与温度和应变之间存在的线性关系，就可以实现温度和应变的分布式传感。

如图1所示，传统的BOTDA系统为了得到两路频率差为v_B的连续探测光和脉冲泵浦光，需要将激光器发出的频率为v₀的连续光经过耦合器一分为二，一路光经过电光调制上的射频信号v_RF调制后，得到v₀+v_RF的连续探测光信号，另一路光经过电光调制器后，得到v₀的脉冲泵浦光，通过扫描v_RF的频率，使两束光的差值v_RF接近光纤的布里渊频移v_B(约11GHz)，以发生受激布里渊效应。

因为光纤中的布里渊频移较高，约为11GHz，要想通过电光调制器得到有11GHz频移的光信号，根据电光调制器的移频特性，需要同样为11GHz的射频电信号来驱动，一般的信号发生器难以输出如此高频的信号，而专用射频信号发生器价格昂贵，使系统成本急剧增加。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术的不足，根据双端BOTDA系统发生受激布里渊的机理，结合电光调制器的移频特性，提出一种基于四分频驱动的BOTDA系统，只用原射频驱动信号的四分之一来实现两束光频差为布里渊频移。

本发明通过以下技术手段实现上述目的：

一方面，本发明提供一种基于四分频驱动的BOTDA系统，包括窄线宽激光器、第一电光强度调制器、光耦合器、偏振控制器、第一掺饵光纤放大器、光隔离器、单模光纤、第一光滤波器、第二电光强度调制器、第二掺饵光纤放大器、环形器、第二光滤波器、可调射频信号发生器、脉冲信号发生器和信号处理单元；