[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

说明书

本发明涉及分布式光纤传感系统，具体是一种基于物理随机码调制的BOCDA分布式光纤传感装置及方法。解决了现有的基于BOCDA分布式光纤传感系统中存在的传感距离受限、空间分辨率恶化的问题。所述装置包括分布式反馈半导体激光器、电光相位调制器、物理随机码发生器、第一光隔离器、1×2光纤耦合器、高速电光调制器、微波信号源、可变光延迟线、第一光放大器、光扰偏器、第二光隔离器、传感光纤、第二光放大器、光环行器、可调谐光滤波器、光功率探测计。与时域系统相比，本发明具有更高的空间分辨率、更长的传感距离，避免了混沌激光信号弱周期的存在而导致空间分辨率恶化的问题，且对高空间分辨率获取的调节也非常方便，同时有效提高了传感系统的信噪比。

技术领域

本发明涉及分布式光纤传感系统，具体是一种基于物理随机码调制的BOCDA分布式光纤传感装置及方法。

背景技术

分布式光纤传感是利用光纤作为传感元件和传输元件，可以实现整根光纤上不同位置处温度和应变的测量。与传统的传感技术相比，分布式光纤传感系统具有分布式测量、监测距离长、空间分辨率高、响应时间快、抗电磁干扰等优势，已被广泛应用于航空航天、石油化工、电力工业、核工业、土木工程及军事等领域。

目前，基于布里渊散射的分布式光纤传感系统由于可实现温度和应变的同时测量，且在测量精度、测量距离、空间分辨率等方面的优势，成为分布式光纤传感领域的研究热点。现有技术条件下，基于布里渊散射的分布式光纤传感系统主要分为时域系统和相干域系统。时域系统的优点是测量距离较长，但受限于声子寿命，该系统的空间分辨率较低，最高能够达到1m（电子器件, 2008, vol.31, no.3, 752），且测量时间较长。相较于时域系统，相干域系统可明显提高空间分辨率。

相干域系统又可分为：布里渊光相干域反射仪（BOCDR, Brillouin OpticalCorrelation Domain Reflectometry）和布里渊光相干域分析仪（BOCDA, BrillouinOptical Correlation Domain Analysis）。对于BOCDR传感系统，它是基于光纤自发布里渊散射过程，该方法是将光源输出分为两路，一路作为参考光，另外一路为泵浦光，泵浦光送入传感光纤，然后经传感光纤自发散射回的斯托克斯光与参考光被差分探测，根据两者的相干函数从而实现对传感光纤的分布式测量。例如，日本东京大学的Kazuo Hotate等人利用正弦信号对光源进行频率调制的BOCDR系统，实现了传感距离为100m、空间分辨率为40cm（Optics Express，2008，vol.16,12148）。此外，我们也分别提出了利用混沌激光、电噪声调制光信号和ASE噪声光信号作为探测信号的BOCDR系统（中国发明专利，ZL201310045097.3、ZL201510077589X和2015105313685）。