[发明专利]一种全数字正交相移脉冲COTDR传感装置和方法

说明书

本发明公开了一种全数字正交相移脉冲COTDR传感装置，其特征在于，该装置包括光源(1)、1×2光纤耦合器(2)、数字调制信号产生装置(3)、移频脉冲调制器(4)、掺铒光纤放大器(5)、光纤环行器(6)、传感光纤(7)、2×2光纤耦合器8、光电平衡探测器(9、信号采集装置(10)和信号处理装置(11)。本发明通过在同一脉冲传输周期内发送数字正交相移脉冲，并构造正交相位的COTDR信号，在避免降低系统传感响应频率情况下，仅采用一套光电探测和数据采集装置，实现正交相位解调；脉冲强度、宽度的灵活调节，能根据需求灵活调节传感空间分辨率并且保持返回光信号强度稳定；解调得到传感光纤各处相位差变化，相位差与光纤应力线性相关，消除了干涉光强信号与应力非线性相关导致的传感结果畸变失真。

技术领域

本发明涉及相干光时域反射技术领域和信号解调技术领域，特别是涉及一种相移脉冲COTDR传感装置和方法。

背景技术

相干光时域反射(COTDR)传感技术，在建筑结构健康监测、矿产探测、海底光缆监测、水下监听等方面有着广泛的应用和需求。COTDR传感技术，将本地参考光与注入光纤的后向瑞利散射光信号混合放大，解调得到传感光纤各处的光相位信息，从而实时探知外界振动、声波信号导致的光纤各处相位变化，进而实现对振动源、声源的识别和定位。如在沿输油输气管道安全监测方面，通过沿管道固定的传感光纤，COTDR装置可以实时监测管道漏点、异常振动等状况。

传统COTDR相位提取方法有采用90度光混合器或3x3光纤耦合器产生多路相移信号用于相位解调，采用多套光电转换和数据采集装置，既推高了系统成本，又由于多套装置间的强度、时延不一致引入噪声；另一传统方法，将全数字正交相移脉冲间隔依次注入传感光纤，得到连续多帧相移COTDR信号用于相位解调，但是由于需要采用多帧数据进行解调，导致系统传感响应频率降低。。

发明内容

本发明旨在提出一种全数字正交相移脉冲COTDR传感装置和方法，通过在同一脉冲传输周期内发送数字正交相移脉冲，并构造正交相位的COTDR信号，从而在仅使用一套光电转换和数字采集装置情况下，避免系统传感响应频率低，并解调传感光纤各处相位信息，从而传感各处振动信息。

本发明的一种全数字正交相移脉冲COTDR传感装置，该装置包括光源1、1×2光纤耦合器2、数字调制信号产生装置3、移频脉冲调制器4、掺铒光纤放大器5、光纤环行器6、传感光纤7、2×2光纤耦合器8、光电平衡探测器9、信号采集装置10和信号处理装置11，所述光源1与所述1×2光纤耦合器2的输入端连接，所述1×2光纤耦合器2具有两路输出端，一路输出端作为信号光输出端，依序分别连接所述掺铒光纤放大器5、所述光纤环行器6、所述传感光纤7；另一路输出端作为本低参考光输出端，依序连接所述2×2光纤耦合器8的输入端、所述光电平衡探测器9、所述信号采集装置10和所述信号处理装置11；所述2×2光纤耦合器8的另一输入端与所述光纤环行器6连接；其中：