[发明专利]一种异频双脉冲COTDR传感装置和方法

说明书

本发明公开了一种异频双脉冲COTDR传感装置，其特征在于，该装置包括光源(1)、1×2耦合器(2)、调制信号产生装置(3)、移频脉冲调制器(4)、掺铒光纤放大器(5)、光纤环行器(6)、传感光纤(7)、光混合器(8)、第一、第二光电探测器(9)、(10)以及信号采集和解调装置(11)，将异频双脉冲注入传感光纤中，将返回的携带各探测点相位信息的信号光与本地参考光混合，解调得到相位信息，得到传感光纤中各处振动信息。与现有技术相比，本发明通过两个脉冲的相位差，消除光源相位噪声引起的无振动处相位变化，提高了COTDR振动传感的信噪比，消除参考光路受到外界振动导致的传感噪声，提高了COTDR装置的鲁棒性及实际工程应用中的稳定性。

技术领域

本发明涉及相干光时域反射技术领域和信号解调技术领域，特别是涉及一种

背景技术

相干光时域反射(COTDR)传感技术，在建筑结构健康监测、矿产探测、海底光缆监测、水下监听等方面有着广泛的应用和需求。COTDR传感技术，将本地参考光与注入光纤的后向瑞利散射光信号混合放大，解调得到传感光纤各处的光相位信息，从而实时探知外界振动、声波信号导致的光纤各处相位变化，进而实现对振动源、声源的识别和定位。如在沿输油输气管道安全监测方面，通过沿管道固定的传感光纤，COTDR装置可以实时监测管道漏点、异常振动等状况。

由于COTDR技术使用本地参考光与后向瑞利散射信号光混合放大，光源的相位噪声和参考光路受到外界振动导致COTDR信号相位受到干扰。这直接影响了COTDR传感信噪比和在实际工程应用中的稳定性和适用环境范围，限制了COTDR技术在实际工程应用中适用范围。

发明内容

针对以上现有存在的问题，本发明提供一种异频双脉冲COTDR传感装置和方法，将异频双脉冲注入传感光纤中，将返回的携带各探测点相位信息的信号光与本地参考光混合，解调得到相位信息，得到传感光纤中各处振动信息。

本发明的一种异频双脉冲COTDR传感装置，该装置包括光源1、1×2耦合器2、调制信号产生装置3、移频脉冲调制器4、掺铒光纤放大器5、光纤环行器6、传感光纤7、光混合器8、第一、第二光电探测器9、10以及信号采集和解调装置11；其中：所述光源1输出端与所述1×2耦合器2的输入端连接；所述1×2耦合器2包括两路输出：一路连接至所述移频脉冲调制器4的输入端；所述移频脉冲调制器4的输出端连接至掺铒光纤放大器5的输入端；所述掺铒光纤放大器5的输出端连接至光纤环行器6的输入端；所述1×2耦合器2的另一路输出端连接至所述光混合器8的一路输入端，所述光混合器8的该路输出端连接至所述第二光电探测器10的输入端；再经所述第二光电探测器10的该路输出端连接至信号采集和解调装置(11)；所述光纤环行器6的一路输出端连接至所述光混合器8的另一路输入端，所述光混合器8的另一路输出端连接至所述第一光电探测器9；再经所述第一光电探测器9的另一路输出端连接至信号采集和解调装置11；

所述调制信号产生装置3与所述移频脉冲调制器4连接；

所述光纤环行器6的另一路输出端与传感光纤7连接；

其中：

所述光源1，用于提供系统所需长相干长度的激光输出；

所述1×2耦合器2，用于将连续激光器发出的激光分成两路，一路经过移频脉冲调制器产生信号光，一路作为本地参考光；

所述调制信号产生装置3，产生异频双脉冲调制信号；

所述移频脉冲调制器4，用于用于调制产生异频双脉冲光信号；

所述掺铒光纤放大器5，用于放大经过调制产生的信号光，增益10～30dB，满足长距离探测的要求；

所述光纤环行器6，用于将信号光输入传感光纤并将反射回的信号光输入到解调光路中；

所述传感光纤7，用于感受声波振动信号和传输光信号；