[发明专利]一种Φ-OTDR型分布式光纤声波传感系统及信号解调方法

权利要求书

1.一种Φ-OTDR型分布式光纤声波传感系统，其特征在于，包括激光器、光纤耦合器一、马赫-增德尔调制器、声光调制器、掺铒光纤放大器、光纤环形器、传感光纤、光纤耦合器二、平衡光电探测器、数据采集卡和数据处理单元；

所述激光器与所述光纤耦合器一相连；所述光纤耦合器一的第一输出端依次连接所述马赫-增德尔调制器、所述声光调制器、所述掺铒光纤放大器以及所述光纤环形器的第一端口；所述光纤耦合器一的第二输出端与所述光纤环形器的第三端口共同与所述光纤耦合器二相接，所述光纤耦合器二的输出端依次连接所述平衡光电探测器、所述数据采集卡以及所述数据处理单元；所述光纤环形器的第二端口与所述传感光纤相连；

所述马赫-增德尔调制器，用于将经过光纤耦合器一的激光调制成多个频率的连续输出光信号；

所述声光调制器，用于将所述连续光信号调制成一定脉冲间隔和脉冲宽度的脉冲光序列；

所述数据采集卡用于对经平衡光电探测器转换的电信号依据带通抽样定理进行多频信号的抽取；

所述数据处理单元用于将所述数据采集卡采集的多频信号进行时域分离得到后向瑞利散射曲线，通过带通滤波得到单频信号，然后进行单频信号数字正交I/Q相位解调、多点定位和迹线重组得到各个位置的幅值和频率信息。

2.根据权利要求1所述的一种Φ-OTDR型分布式光纤声波传感系统，其特征在于：所述马赫-增德尔调制器为马赫-增德尔干涉仪MZI型的电光强度调制器。

3.根据权利要求2所述的一种Φ-OTDR型分布式光纤声波传感系统，其特征在于：所述马赫-增德尔调制器采用推挽式结构，通过控制电极电压实现边带调制。

4.根据权利要求3所述的一种Φ-OTDR型分布式光纤声波传感系统，其特征在于：基于所述声光调制器的工作频率，使所述声光调制器与所述马赫-增德尔调制器共同作用，以形成不同频率的探测光脉冲序列。

5.根据权利要求1所述的一种Φ-OTDR型分布式光纤声波传感系统，其特征在于：所述光纤环形器的第二端口连接所述传感光纤。

6.根据权利要求1所述的一种Φ-OTDR型分布式光纤声波传感系统，其特征在于：所述数据采集卡为高速数据采集卡，实际采样率依据所述声光调制器的频率和带通抽样定理选取。

7.根据权利要求1所述的一种Φ-OTDR型分布式光纤声波传感系统，其特征在于：所述光纤耦合器一为1×2单模光纤耦合器，分光比为99:1；所述光纤耦合器二为2×2单模光纤耦合器，分光比为50:50。

8.一种基于权利要求1-7任一项所述的Φ-OTDR型分布式光纤声波传感系统的相位解调方法，其特征在于，对采集卡采集的多频信号进行相位解调的步骤包括：包括如下步骤：

S1：时域分离，将所述数据采集卡采集到的包含f₁，f₂，f₃，…，f_n的多频信号进行时域分离，得到相同起点的n条后向瑞利散射曲线；

S2：带通滤波，对所述n条后向瑞利散射曲线进行带通滤波，得到n个f₁，f₂，f₃，…，f_n的单频信号；

S3：相位解调，对所述每个单频信号进行数字正交I/Q相位解调，得到n个频率信号下的相位信息，依据相位信息的幅值完成声波事件的多点定位；

S4：迹线重组，将所述n个频率信号下的相位信息曲线同一位置的点进行迹线重组，得每个位置处的幅值和频率信息。