[发明专利]一种基于相位锁定的高性能相干探测型Φ-OTDR实现系统及方法

权利要求书

1.一种基于相位锁定的高性能相干探测型Φ-OTDR实现系统，其特征在于，该系统包括激光器、第一耦合器、声光调制器、掺铒光纤放大器(EDFA)、光纤环形器、传感光纤、第二耦合器、平衡探测器、射频信号源、同步脉冲信号发生器、乘法器、功率放大器、IQ解调器、数据采集卡，

激光器，用于输出连续的窄线宽激光至第一耦合器；

第一耦合器，用于将激光器输入的窄线宽激光分成两路：第一路为初始探测光输入至声光调制器，第二路为本振光输入至第二耦合器；

声光调制器，用于将第一耦合器输入的初始探测光调制成脉冲探测光输出至掺铒光纤放大器；

掺铒光纤放大器，用于将声光调制器输出的脉冲探测光放大后输出至光纤环形器；

光纤环形器，用于将由光纤环形器第1端口输入的经过放大后的脉冲探测光从第2端口输出至传感光纤，当放大后的脉冲探测光经过传感光纤时产生的背向散射光由光纤环形器的第2端口输入并从光纤环形器的第3端口输出至第二耦合器；

传感光纤，用于当接收到光纤环形器第2端口输入的经过放大后的脉冲探测光时，产生背向散射光输出至光纤环形器的第2端口；

第二耦合器，用于将光纤环形器的第3端口输入的背向散射光与第一耦合器输入的本振光混频后，输出相干光至平衡探测器；

平衡探测器，用于将第二耦合器输入的相干光信号转换成电信号输出至IQ解调器；

射频信号源，用于产生频率恒定的同步射频信号分别输出至乘法器，同步信号发生器，数据采集卡和IQ解调器；

同步脉冲信号发生器，用于以射频信号源输入的同步射频信号作为时钟信号合成同步脉冲信号输出至乘法器和数据采集卡；

乘法器，用于将射频信号源输入的同步射频信号和同步脉冲信号发生器输入的同步脉冲信号相乘，并将相乘结果输出至功率放大器；

功率放大器，将乘法器输入的电信号进行放大得到声光调制器驱动信号并输出至声光调制器；

IQ解调器，用于以射频信号源输入的同步射频信号为参考信号，对平衡探测器输入的电信号进行解调，并将解调后的同相解调信号和正交解调信号输出数据采集卡；

数据采集卡，用于以射频信号源输入的同步射频信号为时钟参考信号，以同步脉冲信号发生器输入的同步脉冲信号为触发采集信号，对IQ解调器输入的同相解调信号和正交解调信号进行模数转换并采集数据。

2.根据权利要求1所述的一种基于相位锁定的高性能相干探测型Φ-OTDR实现系统，其特征在于，所述系统中声光调制器驱动信号中的调制信号和载波信号、IQ解调器参考信号，数据采集卡时钟信号、数据采集卡同步触发信号的相位是锁定的。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于相位锁定的高性能相干探测型Φ-OTDR实现系统，其特征在于，所述激光器为窄线宽激光器。

4.根据权利要求1或2所述的一种基于相位锁定的高性能相干探测型Φ-OTDR实现系统，其特征在于，所述声光调制器将探测光进行移频，第二耦合器将背向散射光与本振连续光进行相干。

5.基于权利要求1-4所述的任一种基于相位锁定的高性能相干探测型Φ-OTDR实现系统的探测方法，包括以下步骤：

步骤一、采用激光器产生连续模式窄线宽激光，该窄线宽激光经第一耦合器分成两路：第一路作为初始探测光输入至声光调制器，第二路为本振光输入至第二耦合器；

步骤二、射频信号源产生频率恒定的同步射频信号分别输出至乘法器，同步脉冲信号发生器，数据采集卡和IQ解调器，同步脉冲信号发生器将输入的同步射频信号作为时钟信号，合成指定周期和脉宽的同步脉冲信号输出至乘法器和数据采集卡，乘法器将射频信号源输入的同步射频信号和同步脉冲发生器输入的同步脉冲信号相乘，并将相乘结果输出至功率放大器，功率放大器将乘法器输入电信号进行功率放大，并将放大后的信号作为声光调制器驱动信号输出至声光调制器；

步骤三、声光调制器根据功率放大器输入的声光调制器驱动信号将连续模式窄线宽激光转换为脉冲光，并通过掺铒光纤放大器(EDFA)将其放大，经放大后的脉冲探测光通过光纤环形器的第1端口输入，并由光纤环形器的第2端口注入至传感光纤中；

步骤四、传感光纤接收到经过放大后的脉冲探测光，产生背向散射光，背向散射光从光纤环形器的第2端口输入，并由光纤环形器的第3端口输出至第二耦合器，在第二耦合器中背向散射光与第一耦合器输入的本振光混频后，输出相干光至平衡探测器；

步骤五、平衡探测器将输入的光信号转换成电信号，并输出至IQ解调器，IQ解调器将输入的同步射频信号作为参考信号对平衡探测器输入的电信号进行解调，并将解调后的同相解调信号和正交解调信号输出至数据采集卡；

步骤六、数据采集卡以射频信号源输入的同步射频信号作为参考时钟信号，以输入的同步脉冲信号作为采集触发信号，对IQ解调器输入的同相解调信号和正交解调信号进行数模转换和数据采集。