[发明专利]一种提高拉曼光时域反射计采样分辨率的系统及方法

说明书

本发明公开了一种提高拉曼光时域反射计采样分辨率的系统及方法，掺铒光纤放大器与激光器模块连接，波分复用器与掺铒光纤放大器连接，校准光纤盒分别与波分复用器、光开关和工控机连接，光开关分别与工控机和传感光缆连接，双通道APD及多级放大电路分别与波分复用器和采集卡连接，采集卡分别与激光器模块和工控机连接。以此提升采集卡采样率，能够适用于对于空间分辨率要求较高场景的应用，降低了采集卡的采样率技术难度及成本，适用于大规模工程应用。

技术领域

本发明涉及分布式光纤测温系统领域，尤其涉及一种提高拉曼光时域反射计采样分辨率的系统及方法。

背景技术

拉曼光时域反射计(R-OTDR)是利用光脉冲在光纤中传输产生的后向拉曼散射效应对温度的敏感的一种分布式温度传感技术，具有实时分布式测量、本征安全、防雷防爆、测量距离远、维护成本低、使用寿命长等优点可广泛，可以对电力电缆、油气管道、公路铁路隧道和各类基础设施进行实时、分布式、长距离的高精度温度监测。

在拉曼光时域反射计系统中，空间分辨率是重要指标，而空间分辨率主要取决于探测光脉冲的宽度和采集卡的采样分辨率，其中探测光脉冲的宽度可以通过脉冲编码来进行提升，而采集卡的采样分辨率是无法回避决定因素，由于探测光脉冲在传感光缆中传输的速度约为2×108m/s，且采集的是拉曼后向散射光，所以现有拉曼光时域反射计系统中的较好采集卡采样率为250Mb/s，对应可达到的系统空间分辨率为0.4m，而这就限制了对于空间分辨率要求较高场景的应用，由于采集卡的采样率受到光电转换和多级放大带宽以及AD采样速率、FPGA采集和处理等诸多因素的影响，进一步提高采集卡的采样率技术难度大且成本高昂，不适用于大规模工程应用。

发明内容

本发明针对拉曼光时域反射计系统中的采集卡采样率不高，限制了对于空间分辨率要求较高场景的应用，进一步提高采集卡的采样率技术难度大且成本高昂的问题，提出一种提高拉曼光时域反射计采样分辨率的系统及方法。

为实现上述目的，本发明采用的一种提高拉曼光时域反射计采样分辨率的系统，包括激光器模块、掺铒光纤放大器、波分复用器、校准光纤盒、光开关、传感光缆、双通道APD及多级放大电路、采集卡和工控机，所述掺铒光纤放大器与所述激光器模块连接，所述波分复用器与所述掺铒光纤放大器连接，所述校准光纤盒分别与所述波分复用器、所述光开关和所述工控机连接，所述光开关分别与所述工控机和所述传感光缆连接，所述双通道APD及多级放大电路分别与所述波分复用器和所述采集卡连接，所述采集卡分别与所述激光器模块和所述工控机连接。

其中，所述激光器模块为多个不同波长的激光器或波长可调的激光器。

其中，所述提高拉曼光时域反射计采样分辨率的系统还包括第一波分复用器，所述第一波分复用器连接于所述激光器模块和所述掺铒光纤放大器之间。

其中，所述提高拉曼光时域反射计采样分辨率的系统还包括第二波分复用器，所述第二波分复用器连接于所述掺铒光纤放大器与所述波分复用器之间。

其中，所述提高拉曼光时域反射计采样分辨率的系统还包括滤波器，所述滤波器连接于所述第二波分复用器与所述波分复用器之间。

其中，所述提高拉曼光时域反射计采样分辨率的系统还包括第三波分复用器，所述第三波分复用器连接于所述滤波器与所述波分复用器之间。

本发明还提供一种采用上述所述的提高拉曼光时域反射计采样分辨率的系统的提高拉曼光时域反射计采样分辨率方法，包括如下步骤：

利用所述采集卡向所述激光器模块发出一个电脉冲信号，基于所述电脉冲信号每次驱动一个波长的激光器产生相应宽度和重复频率的激光脉冲信号，然后所述激光脉冲信号经过所述第一波分复用器耦合至一根光纤中进入所述掺铒光纤放大器；