本发明专利技术涉及分布式光纤传感领域，公开了一种基于相位型混沌激光的分布式光纤传感装置及其测量方法，通过将位型混沌激光源输出的光经分光器分为探测光和泵浦光连接，探测光依次经边带调制模块、连续光放大器、第一光开关的进入传感光纤；泵浦光经高功率光放大器、光环形器后与传感光纤的另一端连接，光环形器的第三端口经第二光开关、可调谐光滤波器与第一光电探测器连接；第一光开关的第二输出端和第二光开关的第二输出端经合光器与第二探测器连接；第一光电探测器第二光电探测器的探测信号被信号处理器采集并处理。本发明专利技术可有效抑制光源强度信息引入的噪声，实现长距离和高空间分辨率兼顾的实时分布式温度、应变监测。应变监测。应变监测。
【技术实现步骤摘要】
基于相位型混沌激光的分布式光纤传感装置及其测量方法
[0001]本专利技术涉及分布式光纤传感领域，具体是一种基于相位型混沌激光的分布式光纤传感装置及其测量方法。
技术介绍
[0002]传感技术与通信技术、计算机技术构成现代信息产业的三大支柱，已成为当今世界令人瞩目、发展迅猛的高新技术之一，也是当代科学技术发展的一个重要标志。分布式光纤传感技术具有体积小、质量轻、成本低、耐高温、耐腐蚀、抗电磁干扰、适应恶劣环境、多参量检测等优势，是国家建设高速泛在、天地一体、集成互联、安全高效的新型基础设施安全保障网络的重要倚仗，也是各国竞相发展的新一代传感技术。
[0003]其中，基于布里渊散射的分布式光纤传感技术可实现光纤沿线温度、应变、振动等参量检测而广泛应用于大型基础设施结构健康、军事边境安防、深海空天开发等监测领域，长距离精准定位和高精度实时测量的应用需求日趋迫切。目前，布里渊分布式光纤传感技术主要包括利用脉冲光激励并探测布里渊信号的光时域技术和利用特殊光源在光纤中产生的窄带相关峰激发布里渊散射的光相关域技术。其中，布里渊光相关域技术可以打破传统光时域系统中声子寿命对脉冲宽度(对应于空间分辨率)的限制，将空间分辨率突破至厘米、甚至毫米量级，成为长距离精准定位监测的优选方案。
[0004]传统布里渊光相关域技术可以按照光源类型分为三类：
[0005]一是正弦频率调制型，采用正弦信号对普通激光进行直流调制，光频随时间呈正弦分布，调制频率与调制幅度分别决定于正弦信号原始带宽与直流调制深度，单频激光经调制后具有强相关、宽光谱特性。基于光学相干函数原理，正弦调频激光在光纤特定位置处产生周期性相关峰，峰内激励产生布里渊声波场；相关峰宽度(ps量级)决定了系统空间分辨率，与光时域系统不同，窄带相关峰中的声波场可以被充分激励，空间分辨率不受声子寿命限制。此外，为了避免不同相关峰之间的增益串扰，系统传感距离被限制为相邻相关峰的间隔，一般仅有数十米。因此，正弦调频激光系统存在传感距离与空间分辨率难以兼顾的技术瓶颈。
[0006]二是相位编码型，单频激光被伪随机序列、Golay码、Golomb码等将光相位随机调制为0或π，光源的相位相关特性使得其在光纤中可通过干涉拍频效应产生周期性窄带相关峰。相位编码系统的空间分辨率决定于序列的码率，码率越高、空间分辨率越高；传感距离决定于序列的长度，码长越长、有效传感距离越远。然而，相位编码系统采用的伪随机信号仍会在光纤中激发出周期性相关峰，增益串扰问题将继续限制其传感距离，空间分辨率与传感距离的矛盾尚未得到根源性的解决。
[0007]三是宽带光源型，利用放大自发辐射或混沌激光等本征低相干、类噪声的宽带激光作为探测信号，既可避免直流调制、相位编码方案对射频信号和调制器件的带宽限制，更容易实现毫米级空间分辨率；同时，该类类噪声信号会在光纤中激发产生唯一的相关峰，即任意长光纤中仅存在唯一的布里渊声波场，可从原理上解决传统方案中传感距离与空间分
辨率的矛盾问题。此外，放大自发辐射信号的输出时序功率波动小、功率谱密度低，导致系统信噪比差、传感距离仅有数十厘米。而混沌激光是一种介于脉冲光和连续光之间、时序大幅度无规则振荡的第三状态激光，传感系统信噪比更高、信号检测难度低，是兼顾高空间分辨率和长传感距离的优选方案；然而，混沌激光固有的时延特征会在光纤中产生一系列较弱的布里渊声波场，并随光纤长度不断累计，传感距离被限制在十千米左右。
[0008]综上所述，当前布里渊光相关域技术中，正弦调频系统和相位编码系统采用强周期信号，原理上传感距离被严重限制，同时射频信号和调制器件的带宽限制也阻碍了其空间分辨率的进一步提升；混沌激光可突破带宽限制将空间分辨率提升至毫米量级，但其弱周期噪声制约了传感距离的拓展。
[0009]因此，需要专利技术一种基于新型低相干光源的布里渊光相关域技术，实现长距离与高空间分辨率兼顾的分布式传感。
技术实现思路
[0010]为解决现有布里渊光相关域分析技术长传感距离和高空间分辨率难以兼顾的问题，本专利技术提供了一种基于相位型混沌激光的分布式光纤传感装置及其测量方法。
[0011]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种基于相位型混沌激光的分布式光纤传感装置，包括：相位型混沌激光源、分光器、边带调制模块、连续光放大器、第一光开关、传感光纤、高功率光放大器、第二光开关、可调谐光滤波器、第一光电探测器、信号处理器、合光器、第二光电探测器；
[0012]所述相位型混沌激光源用于输出相位混沌激光，所述相位型混沌激光源的输出端与所述分光器的输入端连接，所述分光器的第一输出端用于输出探测光，其依次经边带调制模块、连续光放大器与第一光开关的输入端连接，第一光开关的第一输出端与传感光纤的一端连接；所述分光器的第二输出端用于输出泵浦光，其经高功率光放大器、光环形器后与传感光纤的另一端连接，光环形器的第三端口与第二光开关的输入端连接，第二光开关的第一输出端经可调谐光滤波器与第一光电探测器连接；
[0013]所述边带调制模块用于对探测光进行频率调制产生频率下移的探测光；
[0014]所述第一光开关的第二输出端和第二光开关的第二输出端与合光器的输入端连接，合光器的输出信号被所述第二探测器连接；
[0015]所述第一光电探测器第二光电探测器的探测信号被所述信号处理器采集并处理。
[0016]所述的一种基于相位型混沌激光的分布式光纤传感装置，还包括可编程光延迟发生器，所述可编程光延迟发生器用于对探测光进行延迟，以实现唯一的相关峰在传感光纤沿线的定位与扫描。
[0017]所述的一种基于相位型混沌激光的分布式光纤传感装置，还包括光扰偏器，所述光扰偏器设置在连续光放大器和传感光纤的一端之间。
[0018]所述分光器和合光器为1
×
2光纤耦合器。
[0019]所述分光器、边带调制模块、连续光放大器、第一光开关之间通过单模光纤跳线连接；所述分光器、光环形器、第二光开关之间通过单模光纤跳线连接。
[0020]所述边带调制模块打开时，切换所述第一光开关为第一输出端导通，切换所述第二光开关为第一输出端导通，此时，采用布里渊光相关域分析测量方法实现分布式测量，所
述边带调制模块对探测光进行移频，偏移量约为光纤布里渊频移；
[0021]所述边带调制模块关闭时，切换所述第一光开关为第二输出端导通，切换所述第二光开关第二输出端导通，此时，采用布里渊光相关域反射测量方法实现分布式测量，探测光直接通过所述边带调制模块，不产生频率偏移。
[0022]本专利技术还提供了一种基于相位型混沌激光的分布式光纤传感装置的传感方法，包括采用布里渊光相关域分析测量方法和布里渊光相关域反射测量方法，所述布里渊光相关域分析测量方法的具体步骤为：
[0023]S101、打开边带调制模块，切换第一光开关的第一输出端导通，切换第二光开关的第一输出端导通；
[0024]S102、控制边带调制模块将探测光的频率下移，使本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于相位型混沌激光的分布式光纤传感装置，其特征在于，包括：相位型混沌激光源（1）、分光器（2）、边带调制模块（3）、连续光放大器（5）、第一光开关（7）、传感光纤（8）、高功率光放大器（10）、第二光开关（11）、可调谐光滤波器（12）、第一光电探测器（13）、信号处理器（14）、合光器（15）、第二光电探测器（16）；所述相位型混沌激光源（1）用于输出相位混沌激光，所述相位型混沌激光源（1）的输出端与所述分光器（2）的输入端连接，所述分光器（2）的第一输出端用于输出探测光，其依次经边带调制模块（3）、连续光放大器（5）与第一光开关（7）的输入端连接，第一光开关（7）的第一输出端与传感光纤（8）的一端连接；所述分光器（2）的第二输出端用于输出泵浦光，其经高功率光放大器（10）、光环形器（9）后与传感光纤（8）的另一端连接，光环形器（9）的第三端口与第二光开关（11）的输入端连接，第二光开关（11）的第一输出端经可调谐光滤波器（12）与第一光电探测器（13）连接；所述边带调制模块（3）用于对探测光进行频率调制产生频率下移的探测光；所述第一光开关（7）的第二输出端和第二光开关（11）的第二输出端与合光器（15）的输入端连接，合光器（15）的输出信号被所述第二探测器（16）连接；所述第一光电探测器（13）第二光电探测器（16）的探测信号被所述信号处理器（14）采集并处理。2.根据权利要求1所述的一种基于相位型混沌激光的分布式光纤传感装置，其特征在于，还包括可编程光延迟发生器（4），所述可编程光延迟发生器（4）用于对探测光进行延迟，以实现唯一的相关峰在传感光纤（8）沿线的定位与扫描。3.根据权利要求1所述的一种基于相位型混沌激光的分布式光纤传感装置，其特征在于，还包括光扰偏器（6），所述光扰偏器（6）设置在连续光放大器（5）和传感光纤（8）的一端之间。4.根据权利要求1所述的一种基于相位型混沌激光的分布式光纤传感装置，其特征在于，所述分光器（2）和合光器（15）为1
×
2光纤耦合器。5.根据权利要求1所述的一种基于相位型混沌激光的分布式光纤传感装置，其特征在于，所述分光器（2）、边带调制模块（3）、连续光放大器（5）、第一光开关（7）之间通过单模光纤跳线连接；所述分光器（2）、光环形...
【专利技术属性】
技术研发人员：王亚辉，刘慧，张明江，牛林洮，胡鑫鑫，郭阳，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：
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