[发明专利]一种真随机数编码调制的快速解调布里渊光时域分析仪

说明书

本发明属于分布式光纤传感技术领域，针对传统布里渊光时域分析仪需要通过扫频方式获得布里渊增益谱，并且需采集上千次信号进行累加平均处理，系统测量耗时长的问题，提出了一种真随机数编码调制的快速解调布里渊光时域分析仪。包括半导体激光器、分光器、真随机数发生模块、增益开关调制器、脉冲光放大器、波分复用器、环形器、传感光纤、IQ调制器、连续光放大器、滤波器、扰偏器、隔离器、光电探测器和上位机。本发明采用真随机数序列编码的脉冲光，可获得额外的编码增益，在保证空间分辨率的前提下，提升系统的信噪比。同时，采用梳状频谱连续探测光简化了传统BOTDA需要通过扫频获取布里渊增益谱的步骤，相比传统BOTDA系统测量时间大幅减少，提高了测量效率。

技术领域

本发明涉及布里渊光时域分析仪，属于分布式光纤传感技术领域，具体为一种真随机数编码调制的快速解调布里渊光时域分析仪。

背景技术

近年来，光纤通信技术在信息全球化的优势时代背景下快速发展，同时也推动了光纤传感技术不断进步。其中，分布式光纤传感技术将“传输”和“感知”结合起来，不仅可以得知待测参量在空间上的分布情况，还可将其随时间变化的信息进行反馈，实现对监测设施的综合监测。其中，基于布里渊散射效应的分布式光纤传感系统主要有布里渊光时域分析仪(BOTDA)以及布里渊光时域反射仪(BOTDR)。BOTDR基于自发布里渊散射效应，其检测信号较为微弱。而BOTDA基于受激布里渊散射效应，检测信号强度较大，在长距离测量工程中有重要应用。其原理为当频差处于布里渊增益谱范围内的脉冲光与探测光在光纤中相向传输时，会产生受激布里渊效应，高频的脉冲光会向低频的连续光进行能量转移，在布里渊增益谱范围内改变连续光路的频率，检测发生受激布里渊效应后连续光的强度，就可以获得光纤沿线的布里渊增益谱。利用布里渊频移与温度、应变的关系，就可以获得光纤沿线的温度、应变信息。目前BOTDA已广泛应用于温度、应变相关监测领域。然而传统的BOTDA需要通过扫频方式来获得布里渊增益谱，需改变数十次连续光频率进行测量，为减小布里渊信号在采集、放大过程中引入的随机噪声，需要采集上千次信号进行累加平均处理，极大地增加了系统测量时间，影响系统测量实时性。因此，需要提供一种快速解调的布里渊光时域分析仪。

发明内容

本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种真随机数编码调制的快速解调布里渊光时域分析仪，以优化系统的测量效率，提高系统实时性。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种真随机数编码调制的快速解调布里渊光时域分析仪，包括：半导体激光器、分光器、真随机数发生模块、上位机、增益开关调制器、脉冲光放大器、波分复用器、环形器、传感光纤、IQ调制器、连续光放大器、滤波器、扰偏器、隔离器、光电探测器；

所述半导体激光器发出的连续光信号经分光器后分为三束，其中第一束光输出到增益开关调制器的输入端G，增益开关调制器将其调制为真随机数序列编码的脉冲光，增益开关调制器的调制信号输入端口H与真随机数发生模块的一个输出端连接，真随机数发生模块的另一输出端与上位机相连，增益开关调制器的输出端口I经脉冲光放大器、波分复用器与环形器的第一端口J相连，环形器的第二端口K与传感光纤的一端相连，环形器的第三端口L与光电探测器的第一输入端Q连接；第二束光作为探测光输出到IQ调制器输入端，IQ调制器将其调制为频率下移10～11GHz的梳状频谱连续探测光后输出，然后依次经连续光放大器、滤波器、扰偏器、隔离器后输入到传感光纤的另一端；第三束光作为本振光输出到光电探测器的第二输入端R，光电探测器用于将两个输入端输入的信号进行外差后发送至上位机；

所述上位机根据真随机码发生模块输入的真随机码和光电探测器发送的外差信号进行解码运算，解调出光纤沿线的布里渊增益谱，从而获得光纤沿线的温度、应变信息。