[发明专利]高空间分辨率的大容量光栅阵列OTDR差分解调方法及系统

说明书

本发明提供了一种高空间分辨率的大容量光栅阵列OTDR差分解调方法，包括以下步骤：将光源发出的连续扫频光调制成脉冲光，在连续的两个周期内发出不同脉宽的脉冲光，相邻脉宽差值相等；脉冲光经过高密度待测光纤光栅阵列反射，将反射光转换成电信号，并采样；脉宽每步进一次，对相邻两个周期脉宽的脉冲光的采样数据进行差分运算，分别得到每个光栅的反射信号；若步进值为N，则每个光栅均得到N组反射信号，将N组反射信号进行N阶平均后，作为每个光栅的最终反射信号。本发明可在不增加任何器件的情况下，提高OTDR系统解调信号的空间分辨率。

技术领域

本发明涉及光纤光栅传感领域，尤其涉及一种能够为大容量光栅阵列传感系统提供一种高空间分辨率的OTDR差分解调方法及系统。

背景技术

大容量光栅阵列传感系统是近年来迅速发展的一种新型光纤传感系统，可在一根光纤上连续刻写上万个传感光栅，最小刻写间距已经达到10cm。但目前以OTDR技术解调的空间分辨率并无法达到10cm的等级，OTDR解调系统的空间分辨率与两个指标相关：一个是光源脉宽，按照光在光纤中传播的速度为2.0×10⁸m/s来计算，空间分辨达到10cm，脉宽必须要达到0.1m×2/2.0×10⁸m/s＝1ns，以目前的硬件水平限制，光脉冲上升沿一般都有2ns左右，脉宽只能达到5～10ns，若要达到1ns脉宽，上升沿时间必须要0.1ns左右，需要非常高的硬件带宽和非常快的响应速度，这将极大的提高成本。另一个影响空间分辨率的因素是采样频率，根据奈奎斯特采样定律，若要准确还原脉宽为1ns的信号，其采样频率至少要达到其2倍即2/1ns≈2GHz，目前2GHz以上的数据采集卡比较普遍，价格适中。因此，目前限制OTDR解调系统空间分辨率的主要因素为光源脉宽，因此发明一种低成本、高空间分辨率的OTDR解调方法迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的在于，在不增加任何器件的情况下，提高光纤光栅阵列解调的空间分辨率。

本发明为达目的所采用的技术方案是：

提供一种高空间分辨率的大容量光栅阵列OTDR差分解调方法，包括以下步骤：

将光源发出的连续扫频光调制成脉冲光，在连续的两个周期内发出不同脉宽的脉冲光，相邻脉宽差值相等；

脉冲光经过高密度待测光纤光栅阵列反射，将反射光转换成电信号，并采样；

脉宽每步进一次，对相邻两个周期脉宽的脉冲光的采样数据进行差分运算，分别得到每个光栅的反射信号；

若步进值为N，则每个光栅均得到N组反射信号，将N组反射信号进行N阶平均后，作为每个光栅的最终反射信号。

接上述技术方案，所述高密度待测光纤光栅包括间距为0.1m的待测光栅和待测光通道组成，其中待测光栅为半透半反型光学传感器，宽谱光进入后与光栅波长重合的光被反射，其他波长的光则会透过。

接上述技术方案，相邻周期的一个脉宽为i，另一个脉宽为j，脉宽差值为1ns的光程，则脉宽为i的脉冲采集到的数据中:

第一个采样数据记为D_1,i，其携带的信息为光栅G₁～G₁₀反射回来的光强之和；

第二个采样数据记为D_2,i，与第一个数据D_1,i相隔0.5ns，其携带的信息为光栅G₁～G₁₀+0.05m；

通过D_1,i、D_2,i两个采样点还原出G₁～G₁₀个光栅的反射光谱；