[发明专利]基于频-空域匹配和注入锁定技术的相敏型OTDR的测量方法

说明书

本发明提供了一种基于频‑空域匹配和注入锁定技术的相敏型OTDR与测量方法。相敏型OTDR包括脉冲光序列产生装置和回波信号探测装置；脉冲光序列产生装置包括主激光器、从激光器、电光调制器、声光调制器、任意波形发生器、任意函数发生器和第一环形器；回波信号探测装置包括第一掺铒光纤放大器、第二环形器、第二掺铒光纤放大器和光电探测器。上述技术采用任意波调制式注入锁定技术实现对激光频率的快速调谐，从根本上避免了频率扫描过程中的非线性问题，具有高精度的传感能力。本发明对数据的解调采用频域‑空域匹配技术，通过对多空域点的频域信息进行匹配，显著减小数据解调对频域点数的需求，大大降低对硬件带宽的要求，扩大了测量范围。

技术领域

本发明的实施方式涉及传感技术领域，更具体地，本发明的实施方式涉及一种基于频-空域匹配和注入锁定技术的相敏型OTDR的测量方法。

背景技术

相对于其它分布式传感技术，基于瑞利散射效应的相位敏感型光时域反射计(Φ-OTDR)技术具有结构简单、灵敏度高的优点。该技术通过向光纤中注入窄线宽的激光脉冲，获得半脉冲宽度内的后向瑞利散射光的干涉叠加信号，此干涉叠加信号对外界温度或应变变化极其敏感。回波信号的强度变化表明，温度或应变的响应灵敏度分别能够达到mK和nε量级。

Φ-OTDR技术的难点是对温度或应变的定量测量。频域相关法是一种可以实现定量测量的一类技术。此方法对多个频率的回波信号在频域上进行相关，以此计算温度或应变变化。此方法无衰落噪声问题。目前的频域相关法需要的扫频点数多，带宽需求量大，导致其测量范围小，从经济性和实用性两方面显著制约了该技术的实际应用价值。而且，目前的频域相关方案采用微波调谐方法或内调制法，前者扫频速度慢，测量速度低，无法进行动态测量，后者调频线性度低，测量精度低。

发明内容

在本上下文中，本发明的实施方式期望提供一种基于频-空域匹配和注入锁定技术的相敏型OTDR与测量方法，以解决现有频域相关式Φ-OTDR术存在的测量范围小以及带宽需求量大的问题，从而实现大范围、高灵敏度的温度或应变的动态测量。

在本发明实施方式的第一方面中，提供了一种基于频-空域匹配和注入锁定技术的相敏型OTDR，包括脉冲光序列产生装置和回波信号探测装置；所述脉冲光序列产生装置包括主激光器、从激光器、电光调制器、声光调制器、任意波形发生器、任意函数发生器和第一环形器；所述回波信号探测装置包括第一掺铒光纤放大器、第二环形器、第二掺铒光纤放大器和光电探测器；所述主激光器的输出激光由所述电光调制器调制，调制后的激光经由所述第一环形器注入所述从激光器中，其中，所述电光调制器的调制信号的频率作阶跃变化，该调制信号由所述任意波形发生器产生；所述从激光器的输出光经所述第一环形器输出至所述声光调制器，经所述声光调制器调制后的脉冲光序列经由所述第一掺铒光纤放大器放大后、再经所述第二环形器注入待测光纤中；其中，所述任意函数发生器用于产生预设的方波信号输出至所述声光调制器；所述待测光纤中的后向瑞利散射回波信号经所述第二环形器输出至所述第二掺铒光纤放大器，所述后向瑞利散射回波信号经所述第二掺铒光纤放大器放大后由所述光电探测器探测。

进一步地，还包括滤波器，所述滤波器设于所述第二掺铒光纤放大器与所述光电探测器之间，用于滤除所述第二掺铒光纤放大器的自发辐射噪声。