[实用新型]多光源相位敏感光时域反射计

说明书

本实用新型公开了一种多光源相位敏感光时域反射计，其包括多个激光器、多个第一耦合器、多个第二耦合器、以及多个光电探测器，不同激光器发出的连续光的波长不同，激光器发出的连续光经第一耦合器分路至第二耦合器和波分复用调制模块，波分复用调制模块将多路连续光进行调制成脉冲光并合波成一路输出至光纤放大器进行放大后输出至三端口环形器，第二波分复用器将多路不同波长的后向瑞利散射光分别匹配输入到具有与之相同波长连续光第二耦合器发生干涉，光电探测器将多路干涉光信号转换为电信号输送至数据采集器和控制分析模块获取光纤的感知信息，本实用新型使用多个不同波长的激光器，多个光电探测器，增强了系统的抗偏振衰落特性。

技术领域

本实用新型涉及分布式光纤振动传感器技术领域，更详而言之涉及一种多光源相位敏感光时域反射计。

背景技术

光时域反射计(OTDR)利用脉冲光在光纤中传播时产生的后向瑞利散射光来获取衰减信息，是光缆施工、监测必不可少的工具。但由于传统的光时域反射计采用的是低相干性的宽带光源，只能探测瑞利散射光中光强度信息的变化，因此只能实现光纤长度、光纤衰减、光纤故障定位等功能。H.F.Taylor等人于1993年提出了相位敏感光时域反射技术(φ-OTDR)，该技术采用超窄线宽的高相干光源代替传统光时域反射计中的宽带光源，不仅可以探测到瑞利散射光中的光强度信息变化，而且可以探测到光相位信息变化，由于光相位信息变化与外部件环境振动有关，从而实现光纤振动信号测量。由于该技术不仅具有监测并精确定位各种振动事件的功能，而且具有全程分布式测量、监测距离远、高灵敏度、抗电磁干扰能力强、重量轻体积小等优点，引起了广泛的关注和研究，目前已应用于长距离光缆保护、油气管道防破坏挖掘、周界安防、地质灾害预防等领域。

相位敏感光时域反射计是通过探测脉冲宽度区域内后向瑞利散射光的干涉信号而获得动位置处的振幅、相位、频率各种特征信息，干涉信号使得相位敏感光时域反射计具备相位测量的能力，但同时也带来了干涉衰落的问题，也就是说空间上某些位置的幅度由于干涉的原因而变小，甚至接近零，而且时间上相对稳定，干涉衰落问题严重影响了这些位置的探测灵敏度和误报率。

为了解决干涉衰落的问题，2013年，周俊、潘振清等人在文献《基于多频率综合鉴别φ-OTDR系统中干涉衰落假信号的相位解调技术》(Vol.40,No.9,中国激光)中提出了一种基于多频率综合判决的方法，有效地区分并排除了误报，消除了干涉衰落导致的系统误报问题。该方案采用相位调制器产生了多个光频信号，通过测量不同的拍频信号实现多路信号测量，但是多个拍频信号降低了光源的输出功率，而且多个不同频率拍频信号的测量非常复杂。

频率响应范围也是相位敏感光时域反射计系统的主要技术指标，实际环境中的振动信号通常可以到千赫兹甚至兆赫兹量级，如管道泄露、土木结构中材料断裂等，要求振动传感器具备测量宽频振动信号的能力，然而传统相位敏感光时域反射计系统的测量频率受限于测量距离，因为探测脉冲光触发的时间间隔不能小于光在光纤中的往返时间，如10km光纤，信号往返大概需要100us，即单次测量需要100us，在极限情况下对单点的采样率只能到10KHz，根据采样定律，只能响应5KHz的振动信号，而且随着累加次数的增加、距离的变长，响应频率成倍地降低。

现有技术中专利《分布式光纤振动传感器》(申请号201210349310.5)公开了一种分布式光纤振动传感器，在相位敏感光时域反射计系统中引入MZ干涉仪，提升了系统的响应频率。但是造成系统十分复杂，不利于实用化。