[发明专利]一种相干探测型Φ-OTDR系统及自检方法

说明书

本发明公开了一种相干探测型Φ‑OTDR系统的自检方法，系统装置包括激光器、第一耦合器、可调光衰减器(OVA)、声光调制器(AOM)、掺铒光纤放大器(EDFA)、光纤环形器、第二耦合器、平衡探测器、可调增益低噪放大器(LNA)、信号采集卡、传感光纤装置盒、脉冲发生器。运行该传感系统，得到光纤盒内光纤的瑞利背向散射信号；对原始信号进行强度分析，频域分析，结果均趋于稳定正常值则说明系统正常工作，否则系统处于故障状态；正常工作情况下调节EDFA到合适的参数以提高系统信号强度；调节OVA和LNA大小来提高系统的信噪比，得到系统最优性能。本发明公开的系统自检方法，能快速检测系统是否正常运行，并优化系统性能，具有实际应用价值。

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，尤其涉及一种相干探测型Φ-OTDR系统及自检方法。

背景技术

对长距离、大规模的基础设施的结构健康状态，研究有效的监测系统已成为研究的热点。分布式光纤传感系统由于具有测量准确度高、抗电磁干扰、耐腐蚀、可实现远距离分布式传感等优点，已经应用到很多结构健康检测领域。1993年，美国的Taylor.Henry F，首次提出利用光纤中瑞利散射光的相干衰落效应进行传感，是最早的Φ-OTDR。Φ-OTDR可以探知并定位待测光纤上外加的扰动事件，已经广泛应用于大型结构的健康监测。

Φ-OTDR探测技术可分为直接探测方式和相干探测方式。自外差相干探测Φ-OTDR系统结构如附图1所示,是将激光器发出的连续光分出一部分作为本地参考光,探测光与本地参考光通过耦合器拍频后输入到光电探测器中进行探测，可以使得最后探测器探测的中频交流分量与本振光功率和信号光功率的乘积的开方成正比，而不在是只与信号光功率成正比,可以很好地抑制电路中的噪声，获得极高的探测灵敏度和信噪比。

Φ-OTDR系统的性能会因系统器件的参数设置不同，环境因素的影响而发生变化。而人工调试机器时，判断机器工作状态会受主观因素影响，凭经验调试机器并不总能接近最优设置方法。为了快速判断出机器是否处于正常工作状态，并且有效调试器件获得较好参数组合以提升系统的探测能力，我们提出了一种系统自检方法，设计了一种光纤传感装置盒，能快速判断系统性能优劣并得出较好的参数组合，具有应用价值。使用该自检方法，可以对该类型的传感系统进行开机自检查，帮助快速准确地掌握机器的工作情况。

发明内容

发明目的：针对本发明所要解决的技术问题，本发明提出一种相干探测Φ-OTDR系统及自检方法，能快速判断系统性能优劣并得出较好的参数组合。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种相干探测型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；