基于捷变频技术的单端动态分布式布里渊反射装置及方法制造方法及图纸

基于捷变频技术的单端动态分布式布里渊反射装置及方法，涉及单端动态分布式布里渊光纤传感技术，为了解决现有布里渊光时域反射计采用的算法复杂、处理的数据多的问题。一路光经第1电光调制器调制为脉冲光，再经掺饵光纤放大器功率放大后作为泵浦光，由待测光纤的一端输入；另一路光经第2电光调制器调制为上下边带的光学捷变频信号光，光学捷变频信号光经第1滤波器滤出下边带作为参考光；待测光纤内发生自发布里渊散射，输出的自发布里渊信号与参考光拍频，平衡探测器探测拍频信号并进行光电转换，电信号经滤波检波模块进行滤波检波后，采集模块采集滤波检波模块的输出信号。本发明专利技术适用于光纤传感。

Single-ended Dynamic Distributed Brillouin Reflector Based on Agile Frequency Technology and Its Method

The single-ended dynamic distributed Brillouin reflector and its method based on frequency agility technology involve the single-ended dynamic distributed Brillouin optical fiber sensing technology, in order to solve the problems of complex algorithm and data processing of the existing Brillouin optical time domain reflector. One light is modulated by the first electro-optic modulator to pulse light, and then amplified by the bait-doped fiber amplifier as pump light, which is input from one end of the fiber to be measured; the other light is modulated by the second electro-optic modulator to optical frequency agility signal light in the upper and lower side bands, which is filtered out by the first filter as reference light; self-emitting Rillouin the fiber to be measured occurs. The output self-released Rillouin signal and the reference optical beat frequency are balanced, the detector detects the beat frequency signal and carries on the photoelectric conversion. After the electric signal is filtered and detected by the filter detection module, the acquisition module collects the output signal of the filter detection module. The invention is suitable for optical fiber sensing.

【技术实现步骤摘要】
基于捷变频技术的单端动态分布式布里渊反射装置及方法
本专利技术属于光学领域，具体涉及单端动态分布式布里渊光纤传感技术。
技术介绍
利用自发布里渊散射的传感系统称为布里渊反射计，其中布里渊光时域反射计(BOTDR)为典型的代表，具有单端、系统结构简单和成本低等优点，已广泛应用于土木结构健康监测、油气管线监测、电缆和火灾监测等领域。在BOTDR系统中，泵浦脉冲入射到待测光纤中，将其后向自发布里渊散射信号与参考光拍频探测解调布里渊增益谱，拍频能够有效降低探测器带宽。布里渊频谱的解调方案有两类：一种直接采集拍频信号，利用短时傅里叶变换(STFT)得到布里渊频谱；另一种方案通过混频、滤波和检波硬件分析拍频信号强度，扫频得到布里渊频谱。拟合布里渊频谱得到布里渊频移，根据光纤相应的温度和应变系数进行温度和应变解调。由于自发布里渊散射信号较弱，需要大量平均提高信噪比，现有的频率扫描方案难以实现动态测量，而STFT方案能够降低所需的平均次数并且将频率解调在线下进行，能够实现动态测量(GuojieTu,YixinZhang,ZhoufengYing,XupingZhang,andLidongLv.Strainvariationmeasurementwithshort-timeFouriertransform-basedBrillouinopticaltime-domainreflectometrysensingsystem[J].ElectronicsLetters,201450(22):1624-1626.)。同样可以利用STFT-BOTDR系统中的小增益受激布里渊散射增强信噪比，进一步降低平均次数提高动态采样率(BoLi,LinqingLuo,YifeiYu,KenichiSoga,andJizeYan.DynamicStrainMeasurementUsingSmallGainStimulatedBrillouinScatteringinSTFT-BOTDR[J].IEEESensorsJournal,201717(9):2718-2724.)。另外布里渊增益谱斜坡法避免频率扫描，将泵浦光与参考光频率差固定使得布里渊增益谱斜坡落在带通滤波器带宽内，根据信号功率变化直接解调应变，同样能够实现动态测量(DamienMaraval,RenaudGabet,YvesJaouen,andVincentLamour.DynamicOpticalFiberSensingWithBrillouinOpticalTimeDomainReflectometry:ApplicationtoPipelineVibrationMonitoring[J].JournalofLightwaveTechnology,201735(16):3296-3302.)。然而，现有的布里渊光时域反射计采用的算法复杂、处理的数据多。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有布里渊光时域反射计采用的算法复杂、处理的数据多的问题，从而提供基于捷变频技术的单端动态分布式布里渊反射装置。本专利技术所述的第一种基于捷变频技术的单端动态分布式布里渊反射装置，包括激光器、第1电光调制器、脉冲模块、掺饵光纤放大器1、环形器2、第2电光调制器、捷变频模块、第1滤波器3、平衡探测器、滤波检波模块和采集模块；激光器输出的激光分为2路，一路光用于产生脉冲的泵浦光，另一路光用于产生下频移参考光；所述一路光经第1电光调制器调制为脉冲光，第1电光调制器的脉冲信号由脉冲模块提供，脉冲光经掺饵光纤放大器1功率放大后作为泵浦光，然后依次经过环形器2的1端口和2端口，再由待测光纤4的一端输入；所述另一路光经第2电光调制器调制为上下边带的光学捷变频信号光，第2电光调制器的光学捷变频信号由捷变频模块提供，光学捷变频信号光经第1滤波器3滤出下边带作为参考光；待测光纤4内发生自发布里渊散射，后向散射的自发布里渊信号由待测光纤4的一端输入环形器2的2端口，再由环形器2的3端口输出，输出的自发布里渊信号与参考光拍频，平衡探测器探测拍频信号并进行光电转换，电信号经滤波检波模块进行滤波检波后，采集模块采集滤波检波模块的输出信号。优选的是，还包括单边带调制器和微波源；所述一路光用于产生固定上频移脉冲的泵浦光；所述一路光经单边带调制器调制为固定上频移的信号光，再经第1电光调制器调制为脉冲光，单边带调制器的固定频移微波信号由微波源提供。优选的是，第1滤波器3采用光纤布拉格光栅实现。本专利技术所述的第二种基于捷变频技术的单端动态分布式布里渊反射装置，包括激光器、第3电光调制器、捷变频模块、第4电光调制器、脉冲模块、第2滤波器5、掺饵光纤放大器1、环形器2、平衡探测器、滤波检波模块和采集模块；激光器输出的激光分为2路，一路光用于产生上频移脉冲的泵浦光，另一路光直接作为参考光；所述一路光经第3电光调制器调制为上下边带的光学捷变频信号光，经第4电光调制器调制为脉冲光，经第2滤波器5滤出上边带，再经掺饵光纤放大器1功率放大后作为泵浦光，然后依次经过环形器2的1端口和2端口，再由待测光纤4的一端输入；第3电光调制器的光学捷变频信号由捷变频模块提供，第4电光调制器的脉冲信号由脉冲模块提供；待测光纤4内发生自发布里渊散射，后向散射的自发布里渊信号由待测光纤4的一端输入环形器2的2端口，再由环形器2的3端口输出，输出的自发布里渊信号与参考光拍频，平衡探测器探测拍频信号并进行光电转换，电信号经滤波检波模块进行滤波检波后，采集模块采集滤波检波模块的输出信号。本专利技术所述的第三种基于捷变频技术的单端动态分布式布里渊反射装置，包括激光器、第5电光调制器、脉冲模块、掺饵光纤放大器1、环形器2、第6电光调制器、微波源、第3滤波器6、平衡探测器、混频器、捷变频模块、低通滤波器和采集模块；激光器输出的激光分为2路，一路光用于产生脉冲的泵浦光，另一路光用于产生固定下频移的参考光；所述一路光经第5电光调制器调制为脉冲光，脉冲光经掺饵光纤放大器1功率放大后作为泵浦光，然后依次经过环形器2的1端口和2端口，再由待测光纤4的一端输入；第5电光调制器的脉冲信号由脉冲模块提供；所述另一路光经第6电光调制器调制为固定频移的上下边带的信号光，经第3滤波器6滤出下边带作为参考光，第6电光调制器的固定频移微波信号由微波源提供；待测光纤4内发生自发布里渊散射，后向散射的自发布里渊信号由待测光纤4的一端输入环形器2的2端口，再由环形器2的3端口输出，输出的自发布里渊信号与参考光拍频，平衡探测器探测拍频信号并进行光电转换，平衡探测器的输出信号作为微波信号输入混频器，捷变频模块的输出信号作为本振信号输入混频器，混频器的输出信号经低通滤波器进行滤波后，采集模块采集低通滤波器的输出信号。优选的是，捷变频模块和/或脉冲模块采用任意波形发生器取代。本专利技术的基于捷变频技术的单端动态分布式布里渊反射装置及方法，利用捷变频技术实现频率的快速切换，提前将所需扫描的频率写入到捷变频模块，一次全部输出，同时输出一脉冲序列，每一脉冲对应一微波频率信号。有三种方案实现自发布里渊增益谱的快速解调：1)参考光频率的快速扫描；2)泵浦光频率的快速扫描；3)混频器本振信号快速扫描。其测量时间由光纤长度、扫频个数和平本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于捷变频技术的单端动态分布式布里渊反射装置，其特征在于，包括激光器、第1电光调制器、脉冲模块、掺饵光纤放大器(1)、环形器(2)、第2电光调制器、捷变频模块、第1滤波器(3)、平衡探测器、滤波检波模块和采集模块；激光器输出的激光分为2路，一路光用于产生脉冲的泵浦光，另一路光用于产生下频移参考光；所述一路光经第1电光调制器调制为脉冲光，第1电光调制器的脉冲信号由脉冲模块提供，脉冲光经掺饵光纤放大器(1)功率放大后作为泵浦光，然后依次经过环形器(2)的1端口和2端口，再由待测光纤(4)的一端输入；所述另一路光经第2电光调制器调制为上下边带的光学捷变频信号光，第2电光调制器的光学捷变频信号由捷变频模块提供，光学捷变频信号光经第1滤波器(3)滤出下边带作为参考光；待测光纤(4)内发生自发布里渊散射，后向散射的自发布里渊信号由待测光纤(4)的一端输入环形器(2)的2端口，再由环形器(2)的3端口输出，输出的自发布里渊信号与参考光拍频，平衡探测器探测拍频信号并进行光电转换，电信号经滤波检波模块进行滤波检波后，采集模块采集滤波检波模块的输出信号。

【技术特征摘要】
1.基于捷变频技术的单端动态分布式布里渊反射装置，其特征在于，包括激光器、第1电光调制器、脉冲模块、掺饵光纤放大器(1)、环形器(2)、第2电光调制器、捷变频模块、第1滤波器(3)、平衡探测器、滤波检波模块和采集模块；激光器输出的激光分为2路，一路光用于产生脉冲的泵浦光，另一路光用于产生下频移参考光；所述一路光经第1电光调制器调制为脉冲光，第1电光调制器的脉冲信号由脉冲模块提供，脉冲光经掺饵光纤放大器(1)功率放大后作为泵浦光，然后依次经过环形器(2)的1端口和2端口，再由待测光纤(4)的一端输入；所述另一路光经第2电光调制器调制为上下边带的光学捷变频信号光，第2电光调制器的光学捷变频信号由捷变频模块提供，光学捷变频信号光经第1滤波器(3)滤出下边带作为参考光；待测光纤(4)内发生自发布里渊散射，后向散射的自发布里渊信号由待测光纤(4)的一端输入环形器(2)的2端口，再由环形器(2)的3端口输出，输出的自发布里渊信号与参考光拍频，平衡探测器探测拍频信号并进行光电转换，电信号经滤波检波模块进行滤波检波后，采集模块采集滤波检波模块的输出信号。2.根据权利要求1所述的基于捷变频技术的单端动态分布式布里渊反射装置，其特征在于，还包括单边带调制器和微波源；所述一路光用于产生固定上频移脉冲的泵浦光；所述一路光经单边带调制器调制为固定上频移的信号光，再经第1电光调制器调制为脉冲光，单边带调制器的固定频移微波信号由微波源提供。3.根据权利要求1所述的基于捷变频技术的单端动态分布式布里渊反射装置，其特征在于，第1滤波器(3)采用光纤布拉格光栅实现。4.基于捷变频技术的单端动态分布式布里渊反射装置，其特征在于，包括激光器、第3电光调制器、捷变频模块、第4电光调制器、脉冲模块、第2滤波器(5)、掺饵光纤放大器(1)、环形器(2)、平衡探测器、滤波检波模块和采集模块；激光器输出的激光分为2路，一路光用于产生上频移脉冲的泵浦光，另一路光直接作为参考光；所述一路光经第3电光调制器调制为上下边带的光学捷变频信号光，经第4电光调制器调制为脉冲光，经第2滤波器(5)滤出上边带，再经掺饵光纤放大器(1)功率放大后作为泵浦光，然后依次经过环形器(2)的1端口和2端口，再由待测光纤(4)的一端输入；第3电光调制器的光学捷变频信号由捷变频模...

【专利技术属性】
技术研发人员：董永康，王本章，巴德欣，李惠，
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