[发明专利]一种基于非对称双边带啁啾脉冲调制的光时域反射计

说明书

本发明提供一种基于非对称双边带啁啾脉冲调制的光时域反射计，装置包括窄线宽激光器、频率调制模块、掺饵光纤放大器、光滤波器、传感模块、数据采集模块与信号解调模块，其特征在于：采用频率调制模块先后对探测光进行非对称的啁啾调制，即产生具有不同啁啾带宽的边带光；然后，将非对称的两个边带啁啾光调制成脉冲，并进行分时测量；最后，在信号解调模块中使用互相关算法解调出外界扰动量。与对称双边带啁啾脉冲光时域反射计相比，本发明提出使用非对称的啁啾脉冲光作为探测光，在时间上先后进行两次测量，通过调整啁啾脉冲光的带宽范围，以调整待测量的测量分辨率和测量范围，实现兼顾大量程测量范围和高测量分辨率的功能。

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，具体涉及一种基于非对称双边带啁啾脉冲调制的光时域反射计。

背景技术

光时域反射计(OTDR)，是一种对光纤进行非破坏性测量、分析整段光纤的损耗情况的分布式光纤传感系统，其原理是利用光脉冲在光纤的传播过程中与光纤介质相互作用产生背向瑞利散射光，在光的发送端接收光脉冲和散射脉冲的回波形成背向散射光功率的衰减曲线，根据光功率衰减曲线确定光纤上缺陷点的位置。

1988年，Dakin和Lamb等人在专利(GB2222247A)中首次提出一种双脉冲方法，利用光开光和频移器件将探测脉冲调制为前后频率不同且时间上分离的双脉冲信号，探测光为双频双脉冲光，即脉冲宽度相同、频率单一且不同的脉冲对，将光纤中不同位置的相位信息调制到干涉信号中，实现直接探测型OTDR对扰动相位的测量。

2010年，Roger Ian Crickmore和David John Hill在专利(US07652245B2)中首次公开了一种基于双脉冲的分布式光纤传感系统，在OTDR的基础上，将激光器发出的连续光分成两路，分别使用两个声光调制器调制两个不同频率的脉冲，并在其中一路连接上延时光纤，构成前后频率不同且时间上分离的双脉冲信号，探测光依然为双频双脉冲光，但相比之下相位噪声更低，由于此装置是直接探测型OTDR，脉冲能量直接取决于脉冲宽度，因此探测距离与空间分辨率存在制约关系。

2019年，电子科技大学的欧中华等人在专利(CN201811573333.8)中公开了一种基于延时光纤的双脉冲光纤振动传感方法，使用一个脉冲调制器调制脉冲光后分成两路，通过其中一路加入延时光纤形成具有重叠部分的两束探测光脉冲，从两束脉冲的瑞利散射光的干涉信号中，实现传感光纤上相位变化的解调，从而得到振动信息，此装置中探测光为单频双脉冲光，即脉冲宽度相同、频率相同的脉冲对。

2016年，西班牙的H.F.Martins等人在专利(WO2017093588A1)公开了一种基于啁啾脉冲和直接探测型的系统，将中的探测光调制为啁啾单脉冲光，即单个脉冲内，频率随时间线性变化，对外界扰动进行频率补偿，最终表现为扰动处的背向瑞利散射谱在时间域上有时延现象，通过与无扰动时的参考图谱进行互相关处理，可以算出时延的大小，进而算出扰动的大小，实现对扰动强度的定量测量，此装置存在应变测量范围受限于啁啾范围的问题，啁啾范围小，则导致应变测量范围小；啁啾范围大则对硬件要求高，成本大。

2019年，天津大学的刘铁根等人在专利(CN1108647974)中公开了一种异构双边带啁啾脉冲的差分COTDR分布式声传感装置及方法，此系统是基于相干探测OTDR，利用IQ调制器分别加载两路不同的电信号，探测光为同步双边带啁啾脉冲光，即含有啁啾频谱含量相同、斜率相反的双边带单脉冲光，探测光利用参考光提升待测信号的灵敏度，同时提升了信噪比，但依然存在应变测量范围受限的缺点。

2021年，广东工业大学徐鹏柏等人在专利(202110827977.0)中公开了一种基于双边带啁啾脉冲调制的光时域反射计，利用EOM调制出对称双边带啁啾脉冲，利用两个反射式FBG分别提取上下边带，在下边带一路增加可调光纤延时单元提供时延，探测光脉冲为分时对称双边带啁啾脉冲对，即脉冲宽度相同、啁啾频谱含量相同、斜率相反的脉冲对，利用斜率相反能够实现应变测量范围扩大一倍，但是装置结构比较复杂，不利于仪器化。