The invention provides a phase-sensitive optical time-domain reflectometer and measurement method based on time-domain and space-domain matching. The phase-sensitive optical time-domain reflectometer includes a generator and a detection device; the generator includes a laser source, an acoustooptic modulator, an arbitrary function generator and a first erbium-doped fiber amplifier; and the detection device includes a loop, a second erbium-doped fiber amplifier and a photoelectric detector. The phase-sensitive optical time-domain reflectometer and measurement methods mentioned above change the traditional time-domain correlation_OTDR strategy of only one-dimensional correlation operation in the time domain. The two-dimensional matrix of the dual-frequency signal is composed of the time-domain_space-domain two-dimensional matrix based on the time-domain signal of the adjacent point, and two-dimensional image matching operation in the time-domain_space-domain is carried out on the two-dimensional matrix of the dual-frequency signal, so that the time-domain window length of the correlation operation can be significantly reduced. Requirements to improve the time resolution of the sensor system.
【技术实现步骤摘要】
基于时域-空域匹配的相敏型光时域反射计与测量方法
本专利技术的实施方式涉及传感
,更具体地,本专利技术的实施方式涉及一种基于时域-空域匹配的相敏型光时域反射计与测量方法。
技术介绍
相对于其它分布式传感技术,基于瑞利散射效应的相敏型光时域反射计(Φ-OTDR)技术具有结构简单、灵敏度高的优点。该技术通过向光纤中注入窄线宽的激光脉冲,获得半脉冲宽度内的后向瑞利散射光的干涉叠加信号,此干涉叠加信号对外界温度或应变变化极其敏感。回波信号的强度变化表明,温度或应变的响应灵敏度分别能够达到mK和nε量级。Φ-OTDR技术的难点是对温度或应变的定量测量。时域相关法是可以实现定量测量的一类技术。现有的时域相关法通过向待测光纤中注入一定频差的脉冲对,获得两条时域信号,通过对这两条信号进行时域相关计算,得到两时域信号的时延,根据温度或应变变化量与两脉冲对频差的关系确定温度或应变的变化量,从而实现对温度或应变的定量测量。现有的时域相关法为了获得高的测量精度,需要积累大量的数据,从而需要在较长的相关窗上进行相关计算。相关窗的长度决定了该传感器的时间分辨率。因此,较长的相关窗导致了该方法的时间分辨率下降;而且,在相关窗内,温度或应变的变化速率被认为是恒定的,这就使得该方法不适用于变速率变化的动态信号的测量。
技术实现思路
在本上下文中,本专利技术的实施方式期望提供一种基于时域-空域匹配的相敏型光时域反射计与测量方法,以解决现有时域相关型Φ-OTDR存在的时间分辨率差、不适用于变速率变化的动态信号的测量的问题。在本专利技术实施方式的第一方面中,提供了一种基于时域-空域匹配的相敏型 ...
【技术保护点】
1.基于时域‑空域匹配的相敏型光时域反射计,其特征在于包括产生装置和探测装置;所述产生装置包括激光源(1‑1)、声光调制器(1‑2)、任意函数发生器(1‑3)和第一掺铒光纤放大器(1‑4);所述探测装置包括环形器(1‑5)、第二掺铒光纤放大器(1‑6)和光电探测器(1‑7);所述激光源(1‑1)输出的连续光通过所述声光调制器(1‑2)调制为脉冲光,使得每个周期经过所述声光调制器(1‑2)调制出两个脉冲,该两个脉冲的频率分别为第一频率和第二频率,其中,所述任意函数发生器(1‑3)用于产生预设的方波信号输出至所述声光调制器(1‑4);所述声光调制器(1‑2)输出的脉冲光经由所述第一掺铒光纤放大器(1‑4)放大后、再经所述环形器(1‑5)注入待测光纤中;所述待测光纤中的后向瑞利散射回波信号经所述环形器(1‑5)输出至所述第二掺铒光纤放大器(1‑6),被所述第二掺铒光纤放大器(1‑6)放大后由所述光电探测器(1‑7)探测;其中,经过所述声光调制器(1‑2)调制出的相邻脉冲之间的时间间隔大于光在所述待测光纤中的传播时间。
【技术特征摘要】
1.基于时域-空域匹配的相敏型光时域反射计,其特征在于包括产生装置和探测装置;所述产生装置包括激光源(1-1)、声光调制器(1-2)、任意函数发生器(1-3)和第一掺铒光纤放大器(1-4);所述探测装置包括环形器(1-5)、第二掺铒光纤放大器(1-6)和光电探测器(1-7);所述激光源(1-1)输出的连续光通过所述声光调制器(1-2)调制为脉冲光,使得每个周期经过所述声光调制器(1-2)调制出两个脉冲,该两个脉冲的频率分别为第一频率和第二频率,其中,所述任意函数发生器(1-3)用于产生预设的方波信号输出至所述声光调制器(1-4);所述声光调制器(1-2)输出的脉冲光经由所述第一掺铒光纤放大器(1-4)放大后、再经所述环形器(1-5)注入待测光纤中;所述待测光纤中的后向瑞利散射回波信号经所述环形器(1-5)输出至所述第二掺铒光纤放大器(1-6),被所述第二掺铒光纤放大器(1-6)放大后由所述光电探测器(1-7)探测;其中,经过所述声光调制器(1-2)调制出的相邻脉冲之间的时间间隔大于光在所述待测光纤中的传播时间。2.根据权利要求1所述的基于时域-空域匹配的相敏型光时域反射计,其特征在于还包括滤波器,所述滤波器设于所述第二掺铒光纤放大器(1-6)与所述光电探测器(1-7)之间,用于滤除所述第二掺铒光纤放大器(1-6)的自发辐射噪声。3.根据权利要求2所述的基于时域-空域匹配的相敏型光时域反射计,其特征在于,所述滤波器采用光纤布拉格光栅(FBG)实现。4.基于时域-空域匹配的相敏型光时域反射计的测量方法,其特征在于,该测量方法基于权利要求1-3中任一项所述的基于时域-空域匹配的相敏型光时域反射计实现;所述测量方法包括:将每个周期经过所述声光调制器(1-2)调制出的两个脉冲作为一组脉冲对;通过所述产生装置产生多组脉冲对,依次经所述探测装置打入待测光纤,由所述探测装置中的光电探测器(1-7)接收所述多组脉冲对对应的后向瑞利散射回波信号,其中,所述多组脉冲对对应的后向瑞利散射回波信号包括所述多组脉冲中的每个脉冲在所述待测光纤各位置上的后向瑞利散射回波信号;根据接收的与所述多组脉冲对中具有第一频率的脉冲对应的后向瑞利散射回波信号,获得第一时域-空域特征图;根据接收的与所述多组脉冲对中具有第二频率的脉冲对应的后向瑞利散射回波信号,获得第二时域-空域特征图;其中,所述第一时域-空域特征图和第二时域-空域特征图以待测光纤上的位置为第一维坐标、以所述光电探测器(1-7)的信号接收...
【专利技术属性】
技术研发人员:巴德欣,董永康,王龙,何伟明,
申请(专利权)人:哈尔滨工业大学,
类型:发明
国别省市:黑龙江,23
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