[发明专利]半导体激光器互注入式分布光纤传感系统和定位方法

说明书

本发明公开了一种半导体激光器互注入式分布光纤传感系统和定位方法，传感系统包括依次连接的激光器一、偏振控制器一、光纤环、偏振控制器二、激光器二，所述激光器一和激光器二分别与信号处理与采集单元连接。光纤环由2x2耦合器和一段单模光纤组成，单模光纤的一半光纤作为传感光纤。两个偏振控制器用于控制注入两个激光器的光的偏振态。两个激光器内置的光电探测器把系统的光信号转变成电信号进入数据采集与处理单元。定位方法包括根据事先测得的两路输出电信号的差的有效值与扰动位置的关系曲线、以及本次测得的两路电信号的差的有效值定位扰动的步骤。本发明系统结构和信号处理简单、灵敏度高、实时性好，可以检测和定位各种时变扰动。

技术领域

本发明涉及一种分布光纤传感系统和定位方法，尤其是一种半导体激光器互注入式分布光纤传感系统和定位方法，属于光纤传感领域。

背景技术

分布光纤传感系统具有抗电磁干扰、耐腐蚀、无电力供应、灵敏度高、可远距离监测等诸多优点，可以实现全自动的安全监控，它在周界的安防监控、油气管道的泄漏检测、大型建筑物的结构健康监控等方面具有广阔的应用前景。

目前，分布光纤传感系统主要有光时域反射（OTDR）型和干涉型两大类。OTDR型技术成熟，只需铺设一根传感光纤，使用方便，但系统可检测距离和分辨率有限，且实时性也比较差。因此，在传统的OTDR基础上，发展出多种基于OTDR结构的分布光纤传感技术，如基于布里渊散射的分布光纤传感技术（BOTDR）、偏振光时域反射计（POTDR）技术以及相位敏感光时域反射计（ϕ-OTDR）。BOTDR 传感技术结构相对简单，但对光源要求高，且传感距离受限。POTDR传感技术定位精度高，但其传感距离较短。ϕ-OTDR传感技术在长距离检测、高频响应和精确测量这三个方面具有很大优势，但要求高相干光源，且抗干扰性能差。干涉型分布光纤传感系统基本结构主要有马赫曾德尔（M-Z）干涉仪和萨尼亚克（Sagnac）干涉仪两种。M-Z干涉型传感系统双向工作，利用两个方向的输出信号的互相关定位，信号处理简单，但由于使用双臂结构造成系统易受环境影响。而Sagnac干涉型传感系统使用单一光路，增强了系统对环境慢变影响的免疫力，但一般需进行相位解调才能利用零频率法定位，而且仅限于对宽带扰动信号的定位。

近年来，半导体激光器互注入系统受到了人们的广泛关注。本发明借助于半导体激光器互注入系统的非线性动态特性和反射式光纤环形干涉仪结构进行系统设计，提出了一种新型的半导体激光器互注入式分布光纤传感系统和定位方法。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种半导体激光器互注入式分布光纤传感系统和定位方法。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种半导体激光器互注入式分布光纤传感系统，包括依次连接的激光器一、偏振控制器一、光纤环、偏振控制器二、激光器二，所述激光器一和激光器二分别与信号处理与采集单元连接；所述偏振控制器一和偏振控制器二用于控制注入所述激光器一和激光器二的光的偏振态；所述激光器一和激光器二内置的光电探测器把系统的光信号转变成电信号进入所述信号处理与采集单元，用于根据事先测得的两路输出电信号的差的有效值与扰动位置的关系曲线、以及本次测得的两路电信号的差的有效值，确定扰动位置。

所述光纤环由一个2x2耦合器和一段单模光纤组成，所述单模光纤的两端分别连接所述耦合器的II端口及其耦合输出的III端口，所述单模光纤的长度远大于所述两激光器的相干长度，且所述单模光纤的一半光纤作为传感光纤。

所述激光器一和激光器二都是分布反馈（DFB）半导体激光器，两者的频率失谐大于100GHz，其它参数可以相同，也可以不同。

一种半导体激光器互注入式分布光纤传感系统的定位方法，用于上述的半导体激光器互注入式分布光纤传感系统，包括以下步骤：

步骤1：根据所采集的任意一路电信号的波形是否发生变化，确定是否有扰动发生；