本发明专利技术公开了一种基于自混频技术的相位敏感光时域反射系统。由光路检测和电路解调两部分组成；光路由窄线宽激光器(1)，光耦合器(2)，声光度调制器(3)，脉冲函数发生器(4)，环形器(5)，光纤(6)，偏振控制器(7)组成；电路由电带通滤波器(10)，低噪声电放大器(11)，功分器(12)，混频器(13)，低通滤波器(14)组成；采用自混频这样简单结构不仅能实现对调制信号的解调，还能消除由于本地光信号的频率漂移引起的解调不便。在采用相干探测方式的相位敏感光时域反射技术系统中，本地光的频率漂移是必须考虑的一个问题。本发明专利技术很好地消除了本地光频率漂移带来的影响。本装置工作稳定，在多次测量中都能较准确的测量出振动的位置和频率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及的是分布式光纤传感技术——相位敏感光时域反射技术中的解调技术，具体是将其应用于一种相位敏感光时域反射系统中，形成了一种基于自混频技术的相位敏感光时域反射系统。
技术介绍
分布式光纤传感技术在近年来，随着油气管道、高铁、大型建筑等的高速发展，其安全越来越受到各界关注，而分布式光纤传感技术由于其本身大量的优点，使得其成为长距离、恶劣环境下进行外界信息感知的关键技术。而相位敏感的光时域反射技术正是分布式光纤传感技术大家庭中的一员，其主要功能是用来测量外界扰动、入侵等，不仅能对其进行定位还能测量其扰动频率。虽然该技术目前已经处于比较成熟的阶段，但其探测技术主要有两类:1、直接探测；该探测技术对光电探测器的灵敏度要求很高，且传感范围一般较小。2、相干探测；该探测技术是目前主流的探测技术，该技术能实现更远的传感距离，且对探测器的灵敏度要求不是特别高。但该技术电信号需要再进行一次解调，目前主要有两类电上面的解调技术应用与该技术:A、相干解调、正交解调；两种解调技术都需要产生一个本地信号，同时这个本地信号并不能跟随本地光信号频率漂移所引起的宽带信号的频率漂移，因此在解调时并不能很好地将信号解调出来。
技术实现思路
鉴于现有技术在对相位解调上的不足，本专利技术的目的是提供一种简单有效的解调方法将调制在光相位上的扰动信号解调出来。基于自混频方式的相位敏感光时域反射系统，利用相干探测的方式解调光信号，提高传感距离。本专利技术的目的是基于如下分析和方案提出和实现的:—种基于自混频技术的相位敏感光时域反射系统，光路采用信号光和本地光进行相干解调，电路则采用自混频的方式解调信号，采用混频器将两路信号混频便能将外界加载在光纤上的信号解调出来，其具体结构为:窄线宽激光器I输出的连续光经光親合器2后分为两路，一路由与脉冲发生器4相连的声光调制器3调制为脉冲光之后经环形器5注入到传感光纤6 ;另一路通过偏振控制器7与耦合器8连接；脉冲光在光纤中传输过程中产生的后向散射光通过环形器5从另一端口输出，输出的散射光与本地光在耦合器8处合成一束光，然后经平衡探测器9进行拍频，拍频信号频率由声光调制器3引入的频移决定，拍频信号经过电带通滤波器10、低噪放大器11滤波放大后，平衡光电探测器输出的电信号分成两路，即被功分比为50:50的功分器12分为相同的两个信号，再用混频器13进行解调，最后经过低通滤波器14之后用数据采集卡15采集并用数据处理机16处理。在本专利技术装置中，由于激光器具有线宽，且本地光具有频率漂移，故拍频之后的电?目号为个宽带?目号，可表不为:S (t) =A cos (ω jt+ Φ ^ +B cos (ω 2t+Φ 2) +…+Nοο8(ωη?+Φη) ο 从两个频率分量开始分析，S1 (t) = A οο8(ω1?+Φ1)+Β cos(o2t+<})2)，则经过自混频之后通过低通滤波器变可以得到信号S12(t) = A2/2+B2/2+AB cos[ (CO1-CO2)?+(Φ1-Φ2)1 ;因为光谱不同频率的强度不同，呈洛伦兹型；故拍频之后的电谱同样呈洛伦兹型，则对于某一时刻的S2(t)，频率为一变量，则可以通过对频率的积分来获取该位置所有频率信号的叠加值，而积分的最终结果将会由余弦函数的初始相位决定，即相位的变化将会反映到积分值上面，因此可以通过解积分值来获得相位的信息，而积分过程只需要所采用的硬件设备能响应电信号的带宽便能实现，因此可以直接获取其解调结果。采用自混频的方式，由于本振信号采用的是本身，则能避免混频时本地信号频率与射频信号频率不匹配的问题。本装置工作稳定，在多次测量中都能较准确的测量出振动的位置和频率。在本专利技术中，采用平衡光电探测器拍频产生的RF —分为二然后进行混频，混频之后再经过低通滤波器便能获取到解调之后的信号，再经过简单的数据处理便能解调出扰动位置和频率。这种自混频解调技术，结构简单，不必产生一个稳定的本地信号，并且可以消除由于本地光信号频率漂移引起的宽带信号不稳所导致的解调效果不好的现象，解调效果很好。【附图说明】:图1为本专利技术的系统结构图；图2为1Km光纤上加载振动测量的振动定位和频率效果图，其中:a)为定位曲线图山)为振动位置时域曲线图；0为振动频谱图。【具体实施方式】下面结合附图对本专利技术作进一步的描述。图1为本专利技术的一种基于自混频方式的相位敏感光时域反射系统结构图，如图所示，系统由光路和电路两部分组成。窄线宽激光器I输出的连续光经声光调制器3调制为脉冲光之后经环形器5注入到传感光纤6，脉冲光在光纤中传输过程中产生的后向散射光通过环形器5从另一端口输出，输出的散射光与本地光在親合器8处合成一束光，然后经平衡探测器9进行拍频，拍频信号频率由声光调制器3引入的频移决定，拍频信号经过滤波放大后，被功分比为50:50的功分器12分为相同的两个信号，再用混频器13进行解调，最后经过低通滤波之后用数据采集卡15采集并用数据处理机16处理得到最后结果。实施时，平衡光电探测器9电域带宽大于声光调制器3引入的频移值。电带通滤波器10中心频率与声光调制器3引入的频移相同，带宽与超窄线宽激光器I频率漂移引入的频移值相同。电功分器12的功率比为50:50。电混频器13的RF端和LO端输入与声光调制器3引入的频移值相同，IF端为DC至电带通滤波器10的带宽值。图2为采用本专利技术装置测试效果图，如图所示采用1Km光纤进行振动测试，采用自混频解调方式进行解调得到结果，a图为振动定位曲线，b图为测试所得振动时域曲线，c图为振动信号的频谱图。从上面测试结果可以看见，采用自混频解调方式能够有效地将外界调制信号解调。本专利技术的有益效果是:1.该装置适用于采用相干探测方式的相位敏感光时域反射系统。采用自混频解调方式，优点在于:(I)能够采用简单的实验装置和结构实现对调制在相位上的信号进行解调；(2)消除激光器频率漂移所引起的本振信号和拍频信号的失配导致的解调效果不好问题。本装置工作稳定，在多次测量中都能较准确的测量出振动的位置和频率。【主权项】1.一种基于自混频技术的相位敏感光时域反射系统，其特征在于:光路采用信号光和本地光进行相干解调，电路则采用自混频的方式解调信号，采用混频器将两路信号混频便能将外界加载在光纤上的信号解调出来，其具体结构为: 窄线宽激光器(I)输出的连续光经光耦合器(2)后分为两路，一路由与脉冲发生器(4)相连的声光调制器(3)调制为脉冲光之后经环形器(5)注入到传感光纤(6);另一路通过偏振控制器(7)与耦合器(8)连接；脉冲光在光纤中传输过程中产生的后向散射光通过环形器(5)从另一端口输出，输出的散射光与本地光在親合器(8)处合成一束光，然后经平衡探测器(9)进行拍频，拍频信号频率由声光调制器(3)引入的频移决定，拍频信号经过电带通滤波器(10)、低噪放大器(11)滤波放大后，平衡光电探测器输出的电信号分成两路，SP被功分比为50:50的功分器(12)分为相同的两个信号，再用混频器(13)进行解调，最后经过低通滤波器(14)之后用数据采集卡(15)采集并用数据处理机(16)处理。2.根据权利要求1所述的一种基于自混频技术的相位敏感光时域反射系统，其特征在于，平衡光电探测器(9)电域带本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于自混频技术的相位敏感光时域反射系统，其特征在于：光路采用信号光和本地光进行相干解调，电路则采用自混频的方式解调信号，采用混频器将两路信号混频便能将外界加载在光纤上的信号解调出来,其具体结构为：窄线宽激光器(1)输出的连续光经光耦合器(2)后分为两路，一路由与脉冲发生器(4)相连的声光调制器(3)调制为脉冲光之后经环形器(5)注入到传感光纤(6)；另一路通过偏振控制器(7)与耦合器(8)连接；脉冲光在光纤中传输过程中产生的后向散射光通过环形器(5)从另一端口输出，输出的散射光与本地光在耦合器(8)处合成一束光，然后经平衡探测器(9)进行拍频，拍频信号频率由声光调制器(3)引入的频移决定，拍频信号经过电带通滤波器(10)、低噪放大器(11)滤波放大后，平衡光电探测器输出的电信号分成两路，即被功分比为50:50的功分器(12)分为相同的两个信号，再用混频器(13)进行解调，最后经过低通滤波器(14)之后用数据采集卡(15)采集并用数据处理机(16)处理。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：邵理阳，何海军，张志勇，闫连山，潘炜，罗斌，邹喜华，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51
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