[发明专利]一种基于单片机的低成本鉴相型的φ-OTDR系统

权利要求书

1.一种基于单片机的低成本鉴相型的φ-OTDR系统，其特征在于，所述φ-OTDR系统包括窄线宽激光器、强度调制器、掺铒光纤放大器、环形器、1x2耦合器、延时光纤、3x3耦合器、三个光电探测器、三个采样保持器和单片机：

所述强度调制器的输入端与窄线宽激光器连接，输出端与掺铒光纤放大器连接，强度调制器用于将窄线宽激光源产生的具有高相干特性的连续激光调制为相应的脉冲光，由单片机控制该脉冲光的重复频率、脉冲宽度和触发机制；强度调制器发出的脉冲光经掺铒光纤放大器放大后进入环形器；环形器的其中一个输出端与1x2耦合器连接，另一个输出端与待测光纤连接；

所述1x2耦合器将环形器返回的探测信号均分成功率相等的两路探测光，其中一路探测光经过延时光纤延时后和另一路探测光分别入射至3x3耦合器，由3x3耦合器耦合后再次均分成三路光信号，且三路光信号分别入射至三个光电探测器；

所述三个光电探测器的输出端一一对应地与三个采样保持器连接，三个光电探测器的设备参数相同，将3x3耦合器耦合输出的三路光信号转换为相应的光电流信号后输出至三个采样保持器；

所述三个采样保持器的输出端均与单片机连接，每个采样保持器根据预设的采样周期对输入的待测光电流信号进行采样，并将采样得到的光电流信号幅值保持至下一个采样周期，再利用下一个采样周期的光电流信号幅值覆盖当前采样周期的光电流信号幅值；

所述单片机内存储有光电流信号幅值与外部扰动引起的相位变化量的映射关系表，单片机接收三个采样保持器采样得到的光电流信号值，结合映射关系表计算得到当前采样周期的三个光电流信号幅值对应的最佳相位变化量的估计值。

2.根据权利要求1所述的基于单片机的低成本鉴相型的φ-OTDR系统，其特征在于，所述单片机中存储有三个映射关系表，三个映射关系表分别对应三个采样保持器的光电流信号幅值与外部扰动引起的相位变化量的映射关系。

3.根据权利要求2所述的基于单片机的低成本鉴相型的φ-OTDR系统，其特征在于，所述单片机结合映射关系表计算得到当前采样周期的三个光电流信号幅值对应的最佳相位变化量的估计值的过程包括以下步骤：

设每个采样保持器获得光电流信号幅值和外部扰动引起的相位变化量之间的映射关系为：

其中，I_N(m)是第N个采样保持器对应的查找表中第m个光电流信号幅值，是查找表中与I_N(m)对应的外部扰动引起的相位变化量，N是采样保持器的编号，N＝1，2，3，M是相位的精细化程度，M越大，相位精度越高；

联立三个映射关系：

式中，是t时刻采样得到的光电流信号幅值，是t时刻采样得到的三个光电流信号幅值与各自查找表的幅值的差值平方和；

将差值平方和最小的m值对应的相位值作为t时刻的最佳相位变化量的估计值。

4.根据权利要求3所述的基于单片机的低成本鉴相型的φ-OTDR系统，其特征在于，所述单片机包括三个存储块，三个存储块分别与三个采样保持器相对应，每个存储块都为M行，对应相位变化量的精细化程度。

5.根据权利要求1所述的基于单片机的低成本鉴相型的φ-0TDR系统，其特征在于，所述单片机通过重复改变从强度调制器的脉冲光发出到采样保持器开始采样的延时时间，获得不同位置的由外部扰动引起的相位变化值，以执行在一定范围内的对外部扰动的分布式传感测量。

6.一种基于权利要求1至5任一项中所述的φ-OTDR系统的工作方法，其特征在于，所述工作方法包括：

S1，对窄线宽激光器产生的具有高相干特性的连续激光调制为相应的脉冲光，对脉冲光进行放大后注入环形器；

S2，当外部扰动在待测光纤任一位置上施加振动时，扰动信号反向传输并且经环形器进入1x2耦合器，由1x2耦合器均分成功率相等的两路探测光，其中一路探测光经过延时光纤和另一路探测光进行混合；

S3，采用3x3耦合器将混合信号均分成三路信号光，三路信号光分别经三个光电探测器转换成相应的光电流信号；

S4，控制三个采样保持器同时根据预设的采样周期对三路光电流信号进行采样保持，将采样得到的光电流信号幅值与对应的映射关系表相匹配，计算得到当前采样周期的三个光电流信号幅值对应的最佳相位变化量的估计值。