[发明专利]一种基于梳状电滤波器的BOTDR系统装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于梳状电滤波器的BOTDR系统装置。

背景技术

在时域分布式布里渊光纤传感中，主要有两类方式，一种是基于受激布里渊散射的系统，另一种是基于自发布里渊散射的系统，前者称为BOTDA（全称为布里渊光时域分析技术），后者称为BOTDR（全称为布里渊光时域反射计）。相比于BOTDA，BOTDR系统更容易实现，并且结构简单，但测量精度低，测量距离较短。

在BOTDR中，温度和应变的测量是通过测量自发布里渊散射的功率和频移来实现的。在BOTDR系统中，为了测量布里渊频移，一般采用F-P腔扫描、边缘滤波等方式，但这些方式的检测速度都比较低，并且只适用于有明显峰值的情况。当在由脉冲宽度所决定的分辨率范围内存在温度/应变的不均匀时，可能出现多个明显的峰，也可能只有一个明显的峰。当只有一个明显的峰时，一些小区域空间上较大的温度/应变会检测不到，从而造成事故隐患。因此，传统的检测方式使得BOTDR系统的检测速率较慢，动态特性较差，同时空间分辨率也有限。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种基于梳状电滤波器的BOTDR系统装置，该装置不仅可以大大提高空间分辨率，降低系统的复杂度，而且可以增强系统的动态特性。

本发明是这样来实现的，它包括窄线宽光源、1：2耦合器、声光移频器、电光调制器、掺铒光纤放大器、光环形器、3dB耦合器、平衡接收机、电滤波器、计算机,其特征是窄线宽光源、1：2耦合器、声光移频器、电光调制器、掺铒光纤放大器和光环形器依次连接，1：2耦合器和光环形器分别连接3dB耦合器，3dB耦合器连接平衡接收机，平衡接收机连接由若干个电滤波器形成的梳状电滤波器，梳状电滤波器输出到计算机进行拟合。

本发明的技术效果是：该装置不仅可以大大提高BOTDR系统的空间分辨率，降低系统的复杂度，而且可以增强系统的动态特性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

在图中，1、窄线宽光源 2、1：2耦合器 3、声光移频器 4、电光调制器 5、掺铒光纤放大器 6、光环形器 7、3dB耦合器 8、平衡接收机 9、电滤波器 10、计算机。

具体实施方式

如图1所示，本发明是这样来实现的，窄线宽光源1、1：2耦合器2、声光移频器3、电光调制器4、掺铒光纤放大器5和光环形器6依次连接，1：2耦合器2和光环形器6分别连接3dB耦合器7，3dB耦合器7连接平衡接收机8，平衡接收机8连接由若干个电滤波器9形成的梳状电滤波器，电滤波器9输入计算机10。并以采用10ns脉宽的泵浦光脉冲的BOTDR系统为例，窄线宽光源输出的光信号一分为二，一路用作泵浦光，另一路用作本振光。泵浦光经过声光移频装置将泵浦光的频率由                                                变为（是声光移频装置产生的频率移动），之后经电光调制器调制成脉冲信号，脉冲信号经光放大器（掺铒光纤放大器）放大后进入传感光纤。从传感光纤中反射的自发布里渊信号和本振光一起进入平衡接收机。常温无应变下单模光纤的布里渊频移约为12.8GHz，布里渊增益谱谱宽约为31.8GHz。如果设置声光移频装置所产生的频率移动值等于12.672GHz，则外差后的中频信号的峰值频率为128MHz，梳状电滤波器的间隔是10MHz，共21个电滤波器。第一个电滤波器的中心频率为33MHz，则最后一个电滤波器的中心频率为233MHz。在某一10厘米范围存在614.4με的应变。

此时，由梳状电滤波器的输出频谱可获得如下数据。

对上述数据用非线性最小二乘法进行拟合，拟合时间为0.031s。拟合结果显示两条曲线的中心频率分别为127.9999MHz和167.9982MHz，两条曲线与频率轴所围的面积分别是0.90111和0.098889（面积采用了归一化单位）。由两条曲线的中心频率，通过关系式，可求出12.8GHz、12.84GHz。应变频移系数等于0.0651MHz/με，若温度没有变化，则对应的应变分别是0和με。10ns脉冲宽度对应的空间分辨率是1米，因此，两条曲线所对应的区域分别是厘米和厘米。即实现了10厘米的空间分辨率。