[发明专利]基于物理随机码调制的BOCDA分布式光纤传感装置及方法

权利要求书

1.一种基于物理随机码调制的BOCDA分布式光纤传感装置，其特征在于，包括分布式反馈半导体激光器（1）、电光相位调制器（2）、物理随机码发生器（3）、第一光隔离器（4）、1×2光纤耦合器（5）、高速电光调制器（6）、微波信号源（7）、可变光延迟线（8）、第一光放大器（9）、光扰偏器（10）、第二光隔离器（11）、传感光纤（12）、第二光放大器（13）、光环行器（14）、可调谐光滤波器（15）、光功率探测计（16）；

其中，分布式反馈半导体激光器（1）的输出端与电光相位调制器（2）的光纤输入端连接；物理随机码发生器（3）的输出端通过高频同轴电缆与电光相位调制器（2）的射频输入端连接；电光相位调制器（2）的光纤输出端与第一光隔离器（4）的输入端连接；第一光隔离器（4）的输出端与1×2光纤耦合器（5）的输入端连接；1×2光纤耦合器（5）的第一个输出端与高速电光调制器（6）的光纤输入端连接；微波信号源（7）的射频输出端通过高频同轴电缆与高速电光调制器（6）的射频输入端连接；高速电光调制器（6）的光纤输出端通过单模光纤跳线与可变光延迟线（8）的输入端连接；可变光延迟线（8）的输出端通过单模光纤跳线与第一光放大器（9）的输入端连接；第一光放大器（9）的输出端通过单模光纤跳线与光扰偏器（10）的输入端连接；光扰偏器（10）的输出端通过单模光纤跳线与第二光隔离器（11）的输入端连接；第二光隔离器（11）的输出端与传感光纤（12）一端连接；传感光纤（12）的另一端与光环行器（14）的反射端连接；1×2光纤耦合器（5）的第二个输出端通过单模光纤跳线与第二光放大器（13）的输入端连接：第二光放大器（13）的输出端通过单模光纤跳线与光环行器（14）的输入端连接；光环行器（14）的输出端与可调谐光滤波器（15）的输入端连接；可调谐光滤波器（15）的输出端通过单模光纤跳线与光功率探测计（16）连接。

2.一种基于物理随机码调制的BOCDA分布式光纤传感方法，采用权利要求1所述的装置实现，其特征在于，包括如下步骤：分布式反馈半导体激光器（1）输出窄线宽单频连续激光，并入射到电光相位调制器（2）；物理随机码发生器（3）产生高、低二进制电平的真随机码信号，并将此信号输入到电光相位调制器（2）射频输入端，对输入激光进行相位调制；经物理随机码调制相位后的激光从电光相位调制器（2）输出，入射到第一光隔离器（4）；通过第一光隔离器（4）后，光信号入射到1×2光纤耦合器（5），通过1×2光纤耦合器（5）分为两路：一路作为探测光，另一路作为泵浦光；探测光入射到高速电光调制器（6），其中高速电光调制器（6）被微波信号源（7）输出的正弦信号调制，使得探测光产生中心频率的偏移，频移量接近于传感光纤（12）的布里渊频移；经高速电光调制器（6）移频后的光信号输入到可变光延迟线（8），并通过可变光延迟线（8）调节探测光的光程，然后入射到第一光放大器（9）；通过第一光放大器（9）对探测光进行放大，补偿可变光延迟线（8）引起的光信号损耗，然后入射到光扰偏器（10）；经光扰偏器（10）输出后入射到第二光隔离器（11）；经第二光隔离器（11）输出后，探测光注入传感光纤（12）一端，传感光纤（12）另一端与光环行器（14）反射端连接；另一路泵浦光入射到第二光放大器（13），经第二光放大器（13）放大后输出至光环行器（14）的输入端；相向传输的探测光与泵浦光在传感光纤（12）中的某一位置处相遇，与此同时发生受激布里渊放大作用，放大后的探测光信号经光环行器（14）环行后进入可调谐光滤波器（15），滤除无用信号，只保留探测光；将滤出的探测光信号接入光功率探测计（16）；通过对微波信号源（7）进行扫频，由此记录下不同信号频率下探测光信号的平均光功率，从而获得探测光和泵浦光在传感光纤（12）相遇位置处的布里渊增益谱；由于布里渊频移量与温度或应变的线性关系，可以获得传感光纤（12）中该相遇位置处的温度或应变信息；通过可变光延迟线（8）可以调节探测光的光程，使得探测光和泵浦光在传感光纤（12）中的不同位置处发生受激布里渊放大作用，由此得到传感光纤（12）中任意位置处的温度或应变信息。

3.如权利要求2所述的基于物理随机码调制的BOCDA分布式光纤传感方法，其特征在于，传感光纤（12）采用G652单模光纤或G655单模光纤，其长度为200km。