[发明专利]一种脉冲光的光纤布里渊谱拟合方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种脉冲光的光纤布里渊谱拟合方法，属于光纤传感技术领域。

背景技术

光纤传感技术由于具有抗电磁干扰能力强、设备易于安装、绝缘性好、灵敏度高等优点，在电力、建筑、土木工程等领域受到了越来越多的重视。布里渊光时域反射计(Brillouin Optical Time Domain Reflectometry，BOTDR)通过测量入射光脉冲在光纤中的自发布里渊散射光谱的中心频移来进行温度和应变的测量。光纤中的自发布里渊散射光分为斯托克斯光和反斯托克斯光，本发明中所述布里渊谱表示斯托克斯光或反斯托克斯光中任何一种与光源外差检测的信号功率谱。在连续单频光的入射下，自发布里渊散射的斯托克斯光谱和反斯托克斯光谱均呈洛仑兹函数分布，斯托克斯光谱的中心频率比入射光频率低f_B，反斯托克斯光谱的中心频率比入射光频率高f_B，f_B被称为布里渊频移，其与光纤散射点处的温度和应变均呈线性关系，因此，测量出f_B，即可测量出光纤散射点处的温度或应变。BOTDR技术采用脉冲光为入射光，脉冲光在光纤中行进过程中，不断产生后向自发布里渊散射，BOTDR利用光时域反射原理，通过检测布里渊频移f_B沿光纤的分布，即可测量出沿光纤的温度或应变分布。因此检测布里渊频移f_B为BOTDR的关键技术之一。

目前，对光纤布里渊频移f_B的检测，是通过对布里渊谱进行洛仑兹函数拟合得到的。即通过等间隔频率扫描，测量出布里渊谱采样值，再用洛仑兹函数对测量出的频域采样值进行拟合，拟合出的洛仑兹函数中心点对应的频率即为布里渊频移f_B。该方法简单，易于实现，因此得到普遍应用。但该方法应用于脉冲光的光纤布里渊谱拟合时，存在拟合精度差的问题，虽然单频(或窄线宽)连续光的自发布里渊谱为洛仑兹函数分布，但脉冲光的布里渊谱并不是洛仑兹函数分布，原因在于脉冲光的频谱相对于连续光来说被展宽，实际得到的布里渊谱也就相应被展宽。因此简单地采用洛仑兹拟合并不能获得高精度的拟合结果，也就不能得到布里渊频移f_B以及光纤温度或应变的高精度检测结果。另外洛伦兹拟合仅能获得布里渊频移，不能获得光纤中的声波衰减系数和散射脉冲光的相干时间参数。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提出一种针对脉冲光的光纤布里渊谱拟合方法，在提高布里渊谱的拟合精度的情况下，可同时获得光纤中的声波衰减系数、布里渊频移和散射脉冲光的相干时间三个参数。

本发明所述问题是由以下述技术方案解决的：

1.采用布里渊光时域反射计(BOTDR)传感测量系统测得传感光纤的布里渊谱频域采样值{(f_k，S_k)，k＝1,2…N}，N为采样点数，f_k为布里渊谱的扫描检测频点，S_k为对应频点f_k处的布里渊谱采样值，采样频率范围(Δf＝f_N-f₁)至少为3倍的布里渊谱半值全宽(即3dB带宽)，并使布里渊谱峰值频率位于采样频率范围中心区域，确保采样值包含有一个完整的3dB带宽布里渊谱样值。

2.对所测布里渊谱采样值{(f_k，S_k)，k＝1,2…N}采用如下(1)式函数进行拟合，