[发明专利]基于捷变频技术的单端动态分布式布里渊反射装置及方法

说明书

基于捷变频技术的单端动态分布式布里渊反射装置及方法，涉及单端动态分布式布里渊光纤传感技术，为了解决现有布里渊光时域反射计采用的算法复杂、处理的数据多的问题。一路光经第1电光调制器调制为脉冲光，再经掺饵光纤放大器功率放大后作为泵浦光，由待测光纤的一端输入；另一路光经第2电光调制器调制为上下边带的光学捷变频信号光，光学捷变频信号光经第1滤波器滤出下边带作为参考光；待测光纤内发生自发布里渊散射，输出的自发布里渊信号与参考光拍频，平衡探测器探测拍频信号并进行光电转换，电信号经滤波检波模块进行滤波检波后，采集模块采集滤波检波模块的输出信号。本发明适用于光纤传感。

技术领域

本发明属于光学领域，具体涉及单端动态分布式布里渊光纤传感技术。

背景技术

利用自发布里渊散射的传感系统称为布里渊反射计，其中布里渊光时域反射计(BOTDR)为典型的代表，具有单端、系统结构简单和成本低等优点，已广泛应用于土木结构健康监测、油气管线监测、电缆和火灾监测等领域。

在BOTDR系统中，泵浦脉冲入射到待测光纤中，将其后向自发布里渊散射信号与参考光拍频探测解调布里渊增益谱，拍频能够有效降低探测器带宽。布里渊频谱的解调方案有两类：一种直接采集拍频信号，利用短时傅里叶变换(STFT)得到布里渊频谱；另一种方案通过混频、滤波和检波硬件分析拍频信号强度，扫频得到布里渊频谱。拟合布里渊频谱得到布里渊频移，根据光纤相应的温度和应变系数进行温度和应变解调。

由于自发布里渊散射信号较弱，需要大量平均提高信噪比，现有的频率扫描方案难以实现动态测量，而STFT方案能够降低所需的平均次数并且将频率解调在线下进行，能够实现动态测量(Guojie Tu,Yixin Zhang,Zhoufeng Ying,Xuping Zhang,and LidongLv.Strain variation measurement with short-time Fourier transform-basedBrillouin optical time-domain reflectometry sensing system[J].ElectronicsLetters,2014 50(22):1624-1626.)。同样可以利用STFT-BOTDR系统中的小增益受激布里渊散射增强信噪比，进一步降低平均次数提高动态采样率(Bo Li,Linqing Luo,Yifei Yu,Kenichi Soga,and Jize Yan.Dynamic Strain Measurement Using Small GainStimulated Brillouin Scattering in STFT-BOTDR[J].IEEE Sensors Journal,2017 17(9):2718-2724.)。另外布里渊增益谱斜坡法避免频率扫描，将泵浦光与参考光频率差固定使得布里渊增益谱斜坡落在带通滤波器带宽内，根据信号功率变化直接解调应变，同样能够实现动态测量(Damien Maraval,Renaud Gabet,Yves Jaouen,and VincentLamour.Dynamic Optical Fiber Sensing With Brillouin Optical Time DomainReflectometry:Application to Pipeline Vibration Monitoring[J].Journal ofLightwave Technology,2017 35(16):3296-3302.)。

然而，现有的布里渊光时域反射计采用的算法复杂、处理的数据多。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有布里渊光时域反射计采用的算法复杂、处理的数据多的问题，从而提供基于捷变频技术的单端动态分布式布里渊反射装置。

本发明所述的第一种基于捷变频技术的单端动态分布式布里渊反射装置，包括激光器、第1电光调制器、脉冲模块、掺饵光纤放大器1、环形器2、第2电光调制器、捷变频模块、第1滤波器3、平衡探测器、滤波检波模块和采集模块；