[发明专利]一种消除偏振光时域反射仪信号衰落的方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于多波长激光器和保偏光纤的消除偏振光时域反射仪信号衰落的方法，利用多波长激光器输出N个具有相同偏振态不同波长的光，通过保偏光纤将不同波长的光波转化为不同的初始偏振态，然后调制成脉冲光输入到POTDR系统中，返回的信号光通过波分复用器分离到不同的输出端后，经过N个不同方向的检偏器分别得到相应的光强信号，然后将每个位置上后向散射信号的光强随时间的变化做傅里叶变换得到对应的频域信号，再将N个频域信号平均，最终得到有效消除信号衰落点的POTDR信号。本发明使用比较简单的实验装置，有效减少了测量结果中大量对振动不敏感的位置，并且相对于基础POTDR传感系统，相同测量时间下，提高了信噪比。

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，特别是一种消除偏振光时域反射仪信号衰落的方法及装置。

背景技术

光纤传感技术是从20世纪70年代发展而来的一门崭新的技术，随着光导纤维的实用化和光通信技术的发展，光纤传感技术以多元化的姿态迅猛发展。当光在光纤中传输时，由于光纤受外界扰动、温度、应变、位移等环境因素的影响，光信号的偏振态、功率、波长、相位等参数会发生变化。通过检测光纤中光的这些参数，就可以获得光纤周围环境的变化信息，从而实现传感。

当一束短脉冲光入射到光纤时，它沿着光纤传播并被散射到各个方向，一部分散射光沿着光纤传输并返回到入射端，这部分散射光称为瑞利背向散射光，背向瑞利散射光携带有传感光纤沿线受扰动的信息。基于瑞利散射的光时域传感技术就是通过监测光纤中背向瑞利散射光的特性来实现分布式传感的一种传感技术。

偏振光时域反射技术就是通过检测背向瑞利散射光的偏振态来实现传感的一种光时域反射技术。1980年，Rogers提出了偏振光时域反射仪(POTDR)的思想，激光器发出的光受脉冲调制器调制后变为脉冲光，经掺铒光纤放大器放大到一定功率后由环形器入射到待测光纤，传输过程中的背向瑞利散射光由环形器返回，通过检偏器检偏后被光电探测器接收。当光纤受到外界扰动时，光纤中光的偏振态将发生变化。同时，由于光脉冲在光纤中传输时发生背向瑞利散射，因此通过探测器探测背向散射光偏振态的变化，便可以得到光纤受扰动的信息。

光纤的双折射及光波在光纤中传输时偏振态的变化可以用邦加球表示。光纤中传输的完全偏振光的偏振态可表示为邦加球表面上的一点，光纤的双折射对偏振态的影响表示为邦加球表面上的偏振态绕邦加球的一个轴旋转一定的角度。在光纤的某些位置，邦加球上对应于光波偏振态的点距离双折射轴很近，在施加相同幅度的振动时，该点在邦加球上位置的变化很小，即引起的光波偏振态的变化会很小；另外，在用检偏器检测瑞利散射信号偏振态变化时，若偏振态变化方向与检偏器方向近似垂直或恰好垂直，那么即使偏振态变化较大，经过检偏器后得到的光功率变化仍然很小。对于传统的POTDR传感方法，由于上述因素，在光纤上很多位置得到的频谱信号幅值很小，振动信息会被淹没在噪声中，所以POTDR测量中，许多位置的扰动信息难以准确测量，是POTDR传感系统中一个需要解决的难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种消除偏振光时域反射仪(POTDR)信号衰落的方法及装置，本发明在传感系统中利用多波长激光器，并配合一定长度的保偏光纤，以获得具有不同初始偏振态的探测光。利用不同偏振态的光波在光纤受到扰动后所产生的偏振态变化大小的互补性，将其结果平均，消除信号中的衰落点。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

根据本发明提出的一种基于多波长激光器和保偏光纤的消除偏振光时域反射仪信号衰落的方法，使用多波长激光器输出的不同波长的光波作为探测光，并利用保偏光纤将不同波长的光波转换为不同的偏振态同时进行传感，在接收端使用波分复用器将不同波长的光波耦合到不同的通道后分别进行偏振态变化的检测，利用多通道信号的叠加结果实现探测。

作为本发明所述的一种基于多波长激光器和保偏光纤的消除偏振光时域反射仪信号衰落的方法进一步优化方案，多波长激光器输出的多个波长的光波具有相同的偏振态，均为线偏振。