[发明专利]一种基于噪声调制的免扫频BOTDA装置

说明书

本发明属于分布式光纤传感监测技术领域，公开了一种基于噪声调制的免扫频BOTDA装置，包括窄线宽激光器；窄线宽激光器发出的激光经分光器分为两束，一束依次经电光调制器、第一环形器、掺铒光纤放大器、光扰偏器后进入传感光纤，另一束依次经脉冲光放大器、光带通滤波器、第二环形器后从另一端进入传感光纤，传感光纤的输出信号经第二环形器、线阵CCD式棱镜光谱仪后被计算机接收；噪声源和微波信号源输出的信号经合路器后与电光调制器的射频输入端连接，光纤布拉格光栅滤波器与第一环形器的反射端连接。本发明可以快速解调出传感光纤沿线温度或应变信息的位置和大小，进而实现动态应变的实时测量，解决了传统BOTDA系统中平均和扫频过程耗时的问题。

技术领域

本发明属于分布式光纤传感监测技术领域，具体涉及一种基于噪声调制的免扫频快速BOTDA装置。

背景技术

随着分布式光纤传感器在各大领域中的广泛应用，人们对传感器的测量性能提出了更高要求，例如，对快速动态应变的实时解调和测量，对超长距离温度或应变信息的高精度、快速监测等。目前，基于受激布里渊散射的分布式光纤传感器主要有布里渊光时域分析传感器（BOTDA）和布里渊光相干域分析技术传感器（BOCDA）。其中，BOTDA传感器由于其测量距离长的优势成为一大研究热点，且发展相对成熟，但其在超长距离测量中采集数据量大，解调算法繁杂，导致耗时长；同时在快速动态应变的测量中，无法实现实时的传感和监测。考虑到传统BOTDA系统中，使用扫频法获得分布式布里渊增益谱，由于受限于电学调制信号的频率切换时间和切换步进，极大的延迟了采集时间（Diaz, S, FoalengMafang, S,Lopez-Amo, M,et al. A High-Performance Optical Time-Domain BrillouinDistributed Fiber Sensor. IEEE Sensors Journal, 8(7):1268-1272.）。研究人员提出了多种避免对探测光扫频的方法，例如基于光学啁啾链技术的免扫频快速BOTDA技术，其中将多个光学啁啾脉冲段首尾串联作为探测光，与泵浦光发生受激布里渊散射效应，每个啁啾脉冲段内均可产生一个布里渊增益谱，从而可以快速获取光纤沿线的布里渊频移（Dengwang Z, Yongkang D, Benzhang W,et al. Single-shot BOTDA based on anoptical chirp chain probe wave for distributed ultrafast measurement. Light:Science Applications, 2018, 7(4):296-306.）；基于数学光频梳技术的免扫频BOTDA，将多个功率相等的频梳分量加载到探测光上，与泵浦光通过受激布里渊散射效应产生的变化可由每个频梳分量直接反映，因此可实现光纤布里渊频移的快速获取（Jin C, Guo N,Feng Y, et al. Scanning-free BOTDA based on ultra-fine digital opticalfrequency comb. Optics Express, 2015, 23(4):5277-5284.）。综上，以上两种实现免扫频的技术均是将探测光谱在时间域上进行展宽，在传感光纤中与单发的泵浦光发生受激布里渊散射效应产生一系列布里渊增益谱，进而实现沿线布里渊频移的快速提取，但其中对探测光的调制技术较为复杂。

发明内容

为了解决传统的BOTDA技术受频率切换、扫频个数等因素的限制，导致测量延迟且耗时长，无法实现快速动态应变的测量的问题，本发明提出了一种基于噪声调制的免扫频BOTDA装置及方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于噪声调制的免扫频BOTDA装置，包括窄线宽激光器、分光器、电光调制器、光纤布拉格光栅滤波器、第一光环行器、掺铒光纤放大器、光扰偏器、传感光纤、第二光环行器、合路器、噪声源、微波信号源、脉冲调制器、脉冲光放大器、光带通滤波器、线阵CCD式棱镜光谱仪、计算机；