[发明专利]一种相干探测型Φ-OTDR系统及自检方法

权利要求书

1.一种根据相干探测型Φ-OTDR系统实现的一种自检方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤一、通过相干探测型Φ-OTDR系统，通过数据采集卡采集，获得一段时长的传感光纤装置盒内光纤的瑞利背向散射光信号的原始信号强度；

步骤二、对采集的原始信号进行分析处理，将每分钟的原始信号强度累加值作方差，得到原始数据方差值V随系统运行时间t的变化情况；

步骤三、对原始信号进行相位解调，再作傅里叶变换得到信号频域值f信息，得到空间频率分布图；

步骤四、若强度的方差值V和信号频域值f在预设时间内逐渐稳定并小于预设阈值，认为Φ-OTDR系统处于正常工作状态，否则判定系统处于故障状态；

步骤五、系统正常工作情况下，分析数采卡采集到的数据是否有一定比例超出采集卡量程，以此判断原始强度是否合适，若合适，则进行步骤六；

步骤六、调节掺铒光纤放大器的泵浦电流大小增强原始瑞利散射光信号强度，提高系统动态范围；

步骤七、同时调节可调光衰减器和可调增益低噪放大器的大小，设置若干组参数并计算各种参数组合下所得信号的信噪比，比较得到最高信噪比的参数组合，使该传感系统性能得到最优化；

所述相干探测型Φ-OTDR系统包含激光器、第一耦合器、可调光衰减器、声光调制器、掺铒光纤放大器、光纤环形器、第二耦合器、平衡探测器、可调增益低噪放大器、信号采集卡、传感光纤装置盒、脉冲发生器，其中：

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，用于将窄线宽激光分成两路：两路光分别输入至声光调制器及可调光衰减器；

可调光衰减器，用于将第一耦合器输出的10％连续光进行适当衰减后输入至第二耦合器；

声光调制器，用于将第一耦合器输出的连续光调制产生脉冲光，并输入至掺铒光纤放大器；

掺铒光纤放大器，用于将输入的脉冲光放大后输出至光纤环形器；

光纤环形器，用于将放大的脉冲光从其第1端口输入，并由其第2端口注入至接入的传感光纤装置盒，并且由光纤产生的背向瑞利散射光由光纤环形器的第3端口输出至第二光纤耦合器；

第二光纤耦合器，用于将光纤环形器的第3端口输入的瑞利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，用于混频光信号转换成电信号输出至可调增益低噪放大器；

可调增益低噪放大器，用于将电信号放大输入至信号采集卡；

信号采集卡，用于根据触发脉冲，将电信号转换为数字信号进行后续处理；

同步脉冲信号发生器，用于将同步脉冲信号输出至声光调制器和数据采集卡，声光调制器在脉冲电信号的作用下将激光器发出的连续光调制成脉冲光，数据采集卡根据同步脉冲信号来触发采集信号。

2.根据权利要求1所述的一种根据相干探测型Φ-OTDR系统实现的一种自检方法，其特征在于：步骤四中，判定系统是否正常工作的具体步骤如下

步骤1：通过系统连续采集一段时间的数据，计算得到每分钟内信号强度的方差值V，若系统正常工作，信号的方差在预设t_n时间内逐渐稳定并小于阈值V_n；

步骤2：对原始数据进行相位解调，并对相位解调结果作傅里叶变换得到信号频域值f，若信号频域值f在预设t_m时间内趋于稳定并低于阈值f_n；

步骤3：使用该传感系统所得的瑞利散射信号，若同时满足信号方差值和信号频域值f在预设时间内均逐渐稳定并小于阈值V_n和f_n，则判断相干探测型Φ-OTDR系统正常工作，否则判断系统异常。

3.根据权利要求1或2所述一种根据相干探测型Φ-OTDR系统实现的一种自检方法，其特征在于：步骤七中信噪比的计算方法为：P_S是系统瑞利散射信号的平均功率，P_N是基底噪声的平均功率。