[发明专利]基于相干双脉冲对序列技术布里渊光时域分析仪及利用该分析仪抑制共模噪声的方法

说明书

技术领域

本发明属于光学领域，涉及基于相干双脉冲对序列技术的时域分析仪及利用该分析仪抑制共模噪声的方法。

背景技术

近年来，布里渊光时域分析仪作为分布式光纤传感技术典型代表受到了广泛的关注，在多领域得到了有效应用。与其他光纤传感仪器相比，布里渊光时域分析仪具有高空间分辨率、超远距离传感以及动态测量等优点，可以同时对温度和微应变等物理量进行高精度测量。由于光纤既作为传感器件又作为信号传输信道，以光信号作为传输信号，因此可以有效降低结构成本。这类传感仪器广泛用于输油管道检测、桥梁与建筑结构健康监测、长距离公路健康监测以及火灾报警等方面。此外，布里渊光时域分析仪还应用于海底或陆地高压电缆的温度和应变监测，地质灾害比如山体滑坡、泥石流等的分布式监测等，应用于特殊极端工作环境中。

在布里渊光时域分析仪不断发展过程中，如何提高空间分辨率，如何缩短测量时间、提升信噪比是几个备受关注、广泛探究的问题。测量时间与信噪比一直作为对传感器优劣评价的重要标准之一，也一直制约着光纤传感器的发展。特别是在长距离传感领域，传感时间过长、信噪比过低的问题一直困扰着科研工作者。因此，找寻一种可以缩短测量时间、提高信噪比的方法是现行布里渊光时域分析仪发展的关键技术之一。

目前，广泛应用一种双脉冲差分脉宽的方案来提升信噪比，提高空间分辨率。该方案分两次打入不同脉宽的脉冲光作为泵浦光，分别与探测光作用接收布里渊信号Li W,Bao X,Li Y,et al.Differential pulse-width pair BOTDA for high spatial resolution sensing[J].Optics express,1908,16(26):21616-21625.。然而，该方案需要较长的脉冲转换时间，测量时间较长。而且较长的脉冲转换时间使两次布里渊信号具有不同的共模噪声，做差分处理后不能有效地抑制共模噪声，不能大幅度提高信噪比。

发明内容

本发明是为了解决现有布里渊光时域分析仪空间分辨率低及测量信号时间长，信噪比低的问题，提出了基于相干双脉冲对序列技术布里渊光时域分析仪及利用该分析仪抑制共模噪的方法。

本发明所述基于相干双脉冲对序列技术布里渊光时域分析仪，该分析仪包括激光器、一号光纤耦合器、一号偏振控制器、二号偏振控制器、可调直流稳压电源、一号电光调制器、现场可编程逻辑门阵列、微波发生器、二号电光调制器、光电转换电路、二号光纤耦合器、光纤布拉格光栅、一号光纤环形器、掺铒光纤放大器、数据采集卡、光纤隔离器1、扰偏仪、光电探测器、二号光纤环形器和传感光纤；

激光器发射的连续激光经一号光纤耦合器分成两束连续光，该两束连续光分别入射至一号偏振控制器和二号偏振控制器，经一号偏振控制器后的偏振光入射至一号电光调制器，一号电光调制器经现场可编程逻辑门阵列驱动后输出相关双脉冲序列光信号，所述相关双脉冲序列光信号经二号光纤耦合器后分成两列相关脉冲序列光信号，该两列相关双脉冲序列光信号分别入射至掺铒光纤放大器和光电转换电路的感光面，经光电转换电路转换获得的电信号输入至可调直流稳压电源的调节信号输入端，

经掺铒光纤放大器放大后的相干双脉冲序列光信号经扰偏仪扰偏后入射至二号光纤环形器的1号端口，二号光纤环形器的2号端口输出的相干双脉冲序列光信号入射至传感光纤的一端，

可调直流稳压电源的偏置电压调节信号输出端连接一号电光调制器的电压信号输入端；

经二号偏振控制器后的偏振光入射至二号电光调制器，微波发生器的驱动信号输出端连接二号电光调制器的驱动信号输入端，经二号电光调制器调制后的光束入射至一号光纤环形器的1号端口，经一号光纤环形器的2号端口输出后入射至光纤布拉格光栅，经光纤布拉格光栅选频滤波后的探测光从一号光纤环形器的3号端口输出，从一号光纤环形器的3号端口输出的光束经光纤隔离器后入射至传感光纤的另一端；

二号光纤环形器的2号端口输出的相干双脉冲序列光信号与经光纤隔离器后的探测光在传感光纤内发生受激布里渊散射作用，传感光内散射出的探测光入射至二号光纤环形器的号端口，经二号光纤环形器的3号端口发射出的光信号入射至光电探测器的感光面上，经光电探测器转换后的电信号发送至数据采集卡的数据信号输入端，现场可编程逻辑门阵列的触发信号输出端连接数据采集卡数据采集控制信号输入端。

利用上述基于相干双脉冲对序列技术布里渊光时域分析仪抑制共模噪声的方法，该方法的具体步骤：