一种基于相位调制光频梳抑制相干衰落效应的Ф-OTDR系统及其工作方法技术方案

一种基于相位调制光频梳抑制相干衰落效应的Ф

【技术实现步骤摘要】
一种基于相位调制光频梳抑制相干衰落效应的
Ф
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OTDR系统及其工作方法


[0001]本专利技术属于光学领域，具体涉及一种基于相位调制光频梳抑制相干衰落效应的Ф
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OTDR系统及其工作方法。

技术介绍

[0002]相位敏感光时域反射计(Phase
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sensitive Optical Time Domain Reflectometer,Ф
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OTDR)响应速度高达毫秒乃至亚毫秒量级，灵敏度高达纳应变量级，通常运用于桥梁、隧道、石油运输管道等大型工程的结构健康监测。Ф
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OTDR系统中解调的相位信息准确性完全依赖于解调位置信号强度大小，由于存在相干衰落效应，某些位置信号强度极低，解调的相位信息容易失真，导致无法正确对振动事件的幅度与频率的定时定量分析。因此，研究Ф
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OTDR系统中相干衰落效应的抑制方法具有重要的意义。
[0003]1984年，P.Healey等人发现使用窄线宽光源会导致相干光时域反射计(Coherent Optical Time Domain Reflectometer,COTDR)系统存在相干衰落(P Healey.Fading in heterodyne OTDR[J].Electronics Letters,1984,20(1):30
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32.)。1993年，H.F.Taylor等人首次将相干衰落噪声当成是一种有用信号(H.F.Taylor,C E Lee.Apparatus and method for fiber optic intrusion sensing:US,US5194847 A[P],1993.)，提出Ф
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OTDR系统；但相干衰落效应将导致解调相位失真。
[0004]为了有效抑制Ф
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OTDR系统中的相干衰落效应，科学研究者做了大量研究。例如，中科院上海光机所潘政清课题组提出(Pan Z,Liang K,Ye Q,et al.Phase
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sensitive OTDR system based on digital coherent detection[C].Asia Communications and Photonics Conference and Exhibition,IEEE,2012:1
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6.)利用两个具有π相移的探测脉冲光注入待测光纤中进行振动信息检测，通过数据处理即可避免相干衰落效应的影响。但是，该技术会影响空间分辨率和响应带宽，对相干衰落效应的抑制效果不充分。南京大学张旭萍课题组提出(Zabihi M,ChenY,Zhou T,et al.Continuous Fading Suppression Method forФ
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OTDR Systems Using Optimum Tracking over Multiple Probe Frequencies[J].Journal of Lightwave Technology,2019,37(14):3602
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3610.)频分复用Ф
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OTDR系统，注入三个不同频移的探测脉冲光，通过数据处理抑制相干衰落噪声。但是，该方案结构较为复杂，相位延迟不一致，而且传统声光调制器工作带宽有限。中国专利技术专利，专利技术人：魏韦、周浩敏(申请公布号：CN109974756A)提出基于差分相位脉冲发射和时域合并的Φ
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OTDR技术，通过对探测光脉冲的后半脉冲分别进行0，π/3，2π/3和π的相位调制，四个相位序列可以获得四次不同的测量结果，然后利用时域合并技术综合利用四个相位序列，抑制相干衰落效应。但是，该方案中，相移调制是在四个连续的周期内执行，在调制期间，光纤的性能必须保持不变，特别是在衰落位置的频率响应降低，牺牲了系统的响应带宽。由于相移操作和性能损失复杂，差分相移脉冲技术在实际应用中难以采用。

技术实现思路

[0005]在下文中给出了关于本专利技术的简要概述，以便提供关于本专利技术的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本专利技术的穷举性概述。它并不是意图确定本专利技术的关键或重要部分，也不是意图限定本专利技术的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
[0006]本专利技术要解决的问题是针对现有Ф
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OTDR系统中的相干衰落效应抑制方案的不足之处，提出一种基于相位调制光频梳抑制相干衰落效应的Ф
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OTDR系统及其工作方法。
[0007]为实现上述目的，本专利技术通过以下技术方案实现：
[0008]一种基于相位调制光频梳抑制相干衰落效应的Ф
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OTDR系统，包括窄线宽激光器、一号光纤耦合器、相位调制器、声光调制器、掺铒光纤放大器、环形器、任意波形发生器、偏振控制器、传感光纤、二号光纤耦合器、光电探测器、示波器、计算机；
[0009]窄线宽激光器的光信号输出端与一号光纤耦合器的光信号输入端连通，一号光纤耦合器的两个光信号输出端分别同时与相位调制器的光信号输入端和偏振控制器的输入端连通，相位调制器的光信号输出端同时与声光调制器的光信号输入端连通，声光调制器的光信号输出端同时与掺铒光纤放大器的光信号输入端连通，掺铒光纤放大器的光信号输出端同时与环形器的一号光信号端口连通，环形器的二号光信号端口与传感光纤连通，二号光纤耦合器的光信号输入端同时与偏振控制器的光信号输出端和环形器的三号光信号端口连通，二号光纤耦合器的光信号输出端同时与光电探测器的光信号输入端连通，光电探测器的电信号输出端同时与示波器的电信号输入端连通，示波器同时与计算机连通，任意波形发生器的微波信号输出端分别同时与相位调制器的微波信号加载端、声光调制器的微波信号加载端和示波器的触发信号输入端连通。
[0010]进一步的，所述窄线宽激光器采用单频窄线宽光纤激光器，输出功率为10mW，波长为1550nm。
[0011]进一步的，所述一号光纤耦合器的耦合比为90:10，二号光纤耦合器的耦合比为50:50。进一步的，所述的相位调制器(3)的工作波长为1525nm
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1605nm，调制带宽为10GHz，半波电压为7V。
[0012]进一步的，所述声光调制器的移频为
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300MHz，消光比为50dB。
[0013]进一步的，光电探测器的探测带宽为1GHz。
[0014]一种基于相位调制光频梳抑制相干衰落效应的Ф
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OTDR系统及其工作方法，包括如下步骤：
[0015]窄线宽激光器输出的连续光通过一号光纤耦合器分为上下两个支路；上支路的连续光经过相位调制器调制产生频率梳形式的连续光，并由声光调制器调制为脉冲光，同时产生一定大小的频移，再经掺铒光纤放大器进行光功率放大后经过环形器注入到传感光纤中；下支路的连续本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于相位调制光频梳抑制相干衰落效应的Ф
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OTDR系统，其特征在于：包括窄线宽激光器(1)、一号光纤耦合器(2)、相位调制器(3)、声光调制器(4)、掺铒光纤放大器(5)、环形器(6)、任意波形发生器(7)、偏振控制器(8)、传感光纤(9)、二号光纤耦合器(10)、光电探测器(11)、示波器(12)、计算机(13)；窄线宽激光器(1)的光信号输出端与一号光纤耦合器(2)的光信号输入端连通，一号光纤耦合器(2)的两个光信号输出端分别同时与相位调制器(3)的光信号输入端和偏振控制器(8)的输入端连通，相位调制器(3)的光信号输出端同时与声光调制器(4)的光信号输入端连通，声光调制器(4)的光信号输出端同时与掺铒光纤放大器(5)的光信号输入端连通，掺铒光纤放大器(5)的光信号输出端同时与环形器(6)的一号光信号端口(6
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1)连通，环形器(6)的二号光信号端口(6
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2)与传感光纤(9)连通，二号光纤耦合器(10)的光信号输入端同时与偏振控制器(8)的输出端和环形器(6)的三号光信号端口(6
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3)连通，二号光纤耦合器(10)的光信号输出端同时与光电探测器(11)的光信号输入端连通，光电探测器(11)的电信号输出端同时与示波器(12)的电信号输入端连通，示波器(12)同时与计算机(13)连通，任意波形发生器(7)的微波信号输出端分别同时与相位调制器(3)的微波信号加载端、声光调制器(4)的微波信号加载端和示波器(12)的触发信号输入端连通。2.根据权利要求1所述的一种基于相位调制光频梳抑制相干衰落效应的Ф
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OTDR系统，其特征在于：所述窄线宽激光器(1)采用单频窄线宽光纤激光器，输出功率为10mW，波长为1550nm。3.根据权利要求2所述的一种基于相位调制光频梳抑制相干衰落效应的Ф
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OTDR系统，其特征在于：所述一号光纤耦合器(2)的耦合比为90:10，二号光纤耦合器(10)的耦合比为50:50。4.根据权利要求2所述的一种基于相位调制光频梳抑制相干衰落效应的Ф
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OTDR系统，其特征在于：所述的相位调制器(3)的工作波长为1525nm
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1605nm，调制带宽为10GHz，半波电压为7V。5.根据权利要求4所述的一种基于相位调制光频梳抑制相干衰落效应的Ф
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OTDR系统，其特征在于：所述声光调制器(4)的移频为
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300MHz，消光比为50dB。6.根据权利要求5所述的一种基于相位调制光频梳抑制相干衰落效应的Ф
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OTDR系统，其特征在于：光电探测器(11)的探测带宽为1GHz。7.一种权利要求1
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【专利技术属性】
技术研发人员：张洪英，周锦喆，雷艳阳，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：