[发明专利]波长扫描型布里渊光时域反射仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种波长扫描型布里渊光时域反射仪，属于光纤传感领域。

背景技术

通过测量脉冲光在光纤沿线激发的后向自发布里渊散射光，布里渊光时域反射仪(BPTDR)可获得光纤各位置对应的布里渊功率谱信息，从而实现对温度、应变的分布式传感。基于自外差相干检测的布里渊光时域反射仪(BOTDR)将宽带布里渊信号降频后检测，得到的电信号的功率谱与布里渊信号的光功率谱相比，形状相同且强度成正比。由于布里渊功率谱带宽较大(普通单模光纤的布里渊功率谱带宽为几十MHz)，为了实现对布里渊功率谱的测量，常使用功率谱扫描法。

目前的功率谱扫描法主要有两类：光频差扫描法与电频扫描法。

1、光频差扫描法。这类方法在K.Shimizu，T.Horiguchi，Y.Koyamada et al..《Coherent self-heterodyne Brillouin OTDR for measurement of Brillouin Frequency Shift distribution in optical fibers》，J.Lightwave Technol，1994，12，730～736.等文献中被阐述。通过声光调制器、电光相位调制器以及电光强度调制器等光学移频器件来调节探测脉冲光或本振参考光的频率，使布里渊功率谱的不同频率成分被降频到某个固定频率并被探测，从而得到被测光纤各个位置的布里渊功率谱。这种探测方式是在高频探测器尚未普及实用化时的一种替代方法，其光学结构复杂，引入的光学移频器件的频率调节精度不高，稳定性差，往往需要额外的控制手段使其稳定工作。另外，由于本振参考光自拍频噪声与信号频率接近，系统信噪比受到影响。

2、电频扫描法。使用高频探测器获取完整的相干信号，然后应用超外差接收机探测各频率对应的功率信息，实现功率谱扫描。电频扫描相对于光频差扫描，具有结构简单、稳定性高的优点，另外，由于相干信号频率远离低频段，消除了本振参考光自拍频噪声的影响。但这种方法对探测器增益的平坦性要求较高。

本发明提出一种新型的基于布里渊频移波长依赖性的波长扫描型布里渊光时域反射仪。

发明内容

本发明目的是：提出基于布里渊频移波长依赖性的波长扫描型布里渊光时域反射仪及此布里渊光时域反射仪使用的功率谱扫描方式，兼具已有功率谱扫描型布里渊光时域反射计的优点，光路结构简单稳定，消除本振参考光自拍频噪声影响，后端处理的电信号频率不变，简化了处理方式，并避免探测器增益不平坦的影响。

本发明的技术解决方案是：基于布里渊频移波长依赖性的波长扫描型布里渊光时域反射仪，如图1所示，包括波长可调节窄线宽激光光源01、耦合器02、脉冲调制单元03、环形器04、光纤05、扰偏器06、耦合器07、探测器08、微波信号源09、混频器10、窄带低通滤波器11、信号采集处理单元12；波长可调节窄线宽激光光源01产生的激光经耦合器02输出两路，一路被脉冲调制单元03调制成探测脉冲光，然后所述探测脉冲光通过环形器04注入光纤05以激发自发布里渊散射光；耦合器02输出的另一路作为本振参考光，经过扰偏器06与自发布里渊散射光通过耦合器07相耦合叠加；所述耦合叠加的光经用于光电转换的探测器08，在探测器08射频输出口得到自发布里渊散射光与本振参考光的相干电信号；所述相干电信号与固定频率的微波信号源09发出的微波信号一道接入混频器10，然后混频器10的输出经滤除高频成分的窄带低通滤波器11，窄带低通滤波器11输出到信号采集处理单元12，得到相干电信号的功率位置曲线。

调节激光光源01以改变入射光波长，波长调节范围达到20nm以上。

保持激光光源输出功率不变，分别得到不同入射光波长下的功率曲线，各个位置处的波长功率曲线用洛伦茨函数拟合，得到的中心波长对应的布里渊频移即为微波信号源的固定频率。

根据标定的频移波长系数，计算某个确定波长下光纤各个位置处的布里渊功率谱参数，最终完成对光纤沿线温度应变的传感。

布里渊光时域反射仪功率谱扫描方式：即基于布里渊频移波长依赖性的布里渊功率谱扫描方式：包括如下特征：

●在某入射波长左右一定范围内，当温度与应变确定时，布里渊频移与波长成线性关系。

●基于自外差相干检测方式，采用波长可调节窄线宽激光光源。

●按照一定的波长间隔，依次获得相干电信号在某个固定电频率下的功率曲线，组成波长功率谱的位置分布图。