[发明专利]脉冲编码光纤布里渊光时域分析器

说明书

技术领域

本发明涉及脉冲编码光纤布里渊光时域分析器，属于分布式光纤传感器技术领域。

背景技术

在光纤布里渊光时域分析器领域，光纤布里渊光时域反射器釆用光纤自发的布里渊散射，因此背向布里渊散射信号很弱，利用光纤布里渊散射光的频移和强度比来测量应変和温度的精度很低，测程短，空间分辨率较低。T.Horiguchi等发明了布里渊光时域分析器，在光纤的另一端加一个相干泵浦激光器，实现布里渊放大，采用相干放大的受激布里渊散射，增强了信号，改善了系统的信噪比。但是，光纤布里渊光时域分析器要求严格地锁定窄带探测激光器和窄带泵浦激光器的频率，在技术上很困难。而近年来石油管道、传输电力电缆的安全健康监测，对超远程全分布式光纤应变、温度传感网有着迫切需求。

发明内容

本发明的目的是提出一种易于操作，增益高，系统信噪比强，测量精度高的脉冲编码光纤布里渊光时域分析器。

 本发明的脉冲编码光纤布里渊光时域分析器，包括脉冲编码波形发生器，窄带单频光纤激光器，光纤分路器，光脉冲编码调制器，两个光纤环行器，外差接收器，数字信号处理器，光纤光栅滤波器，传感光纤，光纤拉曼泵浦激光器和工控机，脉冲编码波形发生器的输入端与工控机相连，脉冲编码波形发生器的输出端与光脉冲编码调制器的一个输入端相连，光纤分路器的输入端与窄带单频光纤激光器相连，光纤分路器的一个输出端与光脉冲编码调制器的另一个输入端相连，光纤分路器的另一个输出端与第二光纤环行器的输入端相连，光脉冲编码调制器的输出端与第一光纤环行器的输入端相连，第一光纤环行器的公共端依次与光纤光栅滤波器，传感光纤和光纤拉曼泵浦激光器相连，第一光纤环行器的输出端与第二光纤环行器的公共端相连，第二光纤环行器的输出端依次与外差接收器，数字信号处理器和工控机相连，数字信号处理器和工控机将采集、累加的编码脉冲解码解调，获得传感光纤所在现场的应变、温度信息并传送给远程监控网。

本发明中，所说的窄带单频光纤激光器是中心波長为1550nm，光谱带宽为200kHz的100mW连续运行光纤激光器。 

本发明中，所述的光编码调制器是鈮酸锂马赫-泽德尔调制器（Mach–Zehnder modulator(MZM)）。

本发明中，所述的外差接收器是频率响应为12Ghz以上的光电探测器。

本发明中，所说的光纤光栅滤波器的中心波長为1455nm，光谱带宽为0.3nm，隔离度大于35dB。

本发明中，所说的单模光纤为100km单模通讯G652光纤或100km LEAF光纤。

本发明中，所说的所说的光纤拉曼泵浦激光器的波长为1455nm，功率在100mw-1200mw范围可调。

工作时，波形发生器在工控机控制下，输出按                                               S矩阵转换规则排列的序列255位编码脉冲控制光编码调制器，窄带单频光纤激光器输出的连续激光经光纤分路器分成两朿，其中一朿激光经过光脉冲编码调制器调制成时间序列编码脉冲光，通过光纤光栅滤波器进入单模光纤，与单模光纤发生非线性相互作用，产生背向布里渊散射光，布里渊散射光的频率与强度度受单模光纤各段的温度和应变调制。由单模光纤末端光纤拉曼泵浦激光器产生的强激光泵浦，在单模光纤里产生非线性放大, 具有拉曼放大和布里渊放大的双重放大，总增益达55dB，被放大的受激布里渊散射光ν₀±ν_B经光纤光栅滤波器，滤除1455nm光纤拉曼泵浦激光器在单模光纤里激光泵浦后残存的光通过第一光纤环行器，进入第二光纤环行器与来自光纤分路器的另一束本地光ν₀混频，混频后的输出经外差接收器,数字信号处理器和工控机解码解调后，得到在光纤中各点的应变和温度量，应变和温度变化速度和方向。利用光时域反射对单模光纤上各段的位置进行定位（光纤雷达定位）。经过应变和温度定标，得到单模光纤各点的应力和温度变化量，测应变精度为10με，测温精度±1oC，由工控机显示器显示或通过通讯接口、通讯协议进行远程网络传输。

脉冲编码光纤布里渊光时域分析器的编码解码原理：

本传感器的序列脉冲编码是通过S矩阵转换来实现的，S矩阵转换是标准哈达马得（Hadamard）转换的一种变式，也可称为哈达马得转换。S矩阵的元素均由“0”和“1”组成，这一特点很适用于激光序列脉冲编码，在实际应用中可用“O”代表激光器关闭，用“1”代表激光器开启。这种采用“0”、“1”的编码方式又可称为简单编码。而解码的过程是对应的逆S矩阵转换。