基于相移双脉冲探测技术的Ф-OTDR系统及其解调方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于相移双脉冲探测技术的Ф

【技术实现步骤摘要】
基于相移双脉冲探测技术的
Ф
‑
OTDR系统及其解调方法


[0001]本专利技术涉及分布式光纤振动传感
，尤其涉及一种基于相移双脉冲探测技术的Ф
‑
OTDR系统及其解调方法。

技术介绍

[0002]在水电水利的基础建设中，如油气管道、轨道交通、桥梁隧道等基础设施，存在大量的物理场需要监测。
[0003]在实际应用中，广泛使用的现有技术为分布式光纤传感技术。其中，Ф
‑
OTDR(相位敏感型光时域探测仪)是一种快速发展的分布式振动传感技术，目前常应用为基于强度解调的系统光路和基于相位解调的系统光路。
[0004]基于强度解调的系统光路，由于结构简单，存在强度信息只能定性分析振动事件，无法分析振动事件的波形及频谱信息的缺陷，用途少，应用前景差。
[0005]基于相位解调的系统光路，由于使用外差探测技术得到中心频率为几十至几百兆赫兹的拍频信号，且需要使用与拍频信号频率匹配的大带宽光电转换器和数据采集设备，导致存在光路复杂，信号受激光源噪声影响严重，系统硬件成本过高且数据处理难度大的缺陷。

技术实现思路

[0006](一)要解决的技术问题
[0007]鉴于现有技术的上述缺点、不足，本专利技术提供一种基于相移双脉冲探测技术的Ф
‑
OTDR系统及其解调方法，所述系统解决了光路复杂、噪声干扰严重、硬件成本高和数据处理难度大的技术问题。
[0008](二)技术方案
[0009]为了达到上述目的，第一方面，本专利技术实施例提供一种基于相移双脉冲探测技术的Ф
‑
OTDR系统。系统包括：
[0010]前端组件，所述前端组件产生经过光环行器输出到待测传感光纤的双脉冲激光信号，所述双脉冲激光信号为经由驱动信号源对声光调制器进行驱动之后产生的、具有初始相位差的两个脉冲激光信号；
[0011]所述双脉冲激光信号，经过所述待测传感光纤瑞利散射产生后向瑞利散射光信号，所述后向瑞利散射光信号经过光环行器输出至探测处理组件；
[0012]所述探测处理组件，用于对经过光环行器输出的、所述后向瑞利散射光信号的干涉信号进行光电转换并对电信号进行解析，获取振动事件的位置信息、振动波形和/或频谱信息。
[0013]可选地，所述前端组件，包括窄线宽激光器、光隔离器、声光调制器、驱动信号源和第一掺珥光纤放大器；
[0014]所述窄线宽激光器、光隔离器、声光调制器和第一掺珥光纤放大器顺序连接，所述
驱动信号源通过射频线与声光调制器连接。
[0015]可选地，所述窄线宽激光器线宽小于10千赫兹；所述窄线宽激光器，输出入射激光，经过所述光隔离器输出到所述声光调制器；
[0016]所述声光调制器经由驱动信号源驱动，调制所述入射激光，输出到所述第一掺珥光纤放大器；
[0017]所述第一掺珥光纤放大器，作为所述前端组件的输出端与所述光环行器的第一端口连接；
[0018]所述光环行器的第二端口与所述待测传感光纤连接；
[0019]所述光环行器的第三端口输出到所述探测处理组件。
[0020]可选地，所述双脉冲激光信号，与所述驱动信号源产生的用于驱动声光调制器的射频双脉冲信号具有相同的重复频率、脉冲宽度、两个脉冲信号之间的时延和相位差；
[0021]所述脉冲宽度取值范围为：50ns≤W≤200ns；
[0022]所述两个脉冲信号之间的时延50ns≤τ≤300ns；
[0023]所述相位差为满足：
[0024][0025]i为所述双脉冲激光信号的生成次数，θ为相移常量，所述θ取值为π/2或π/3。
[0026]可选地，所述探测处理组件，包括：
[0027]顺序连接的第二掺铒光纤放大器、光滤波器、光电探测器、数据采集卡和上位机；
[0028]所述第二掺铒光纤放大器作为所述探测处理组件的输入端与所述光环行器的第三端口连接；
[0029]所述光电探测器，接收所述后向瑞利散射光信号的干涉信号进行光电转换，产生电信号输出到数据采集卡；
[0030]所述数据采集卡对输入的电信号进行采样，将采样的电信号数据输出到上位机进行解调，获取振动事件的位置信息、振动波形和/或频谱信息。
[0031]可选地，所述上位机，计算确定所述电信号数据的差分相位结果将所述差分相位结果以二维数据矩阵的形式进行存储；计算所述二维数据矩阵在变量i方向的标准差并与预设阈值比较，获取振动事件的位置信息、振动波形和/或频谱信息。
[0032]第二方面，本申请提供了一种基于第一方面所述的Ф
‑
OTDR系统的解调方法，包括：
[0033]所述上位机，通过预先构建的计算公式，结合多组不同相位差的后向瑞利散射光信号的干涉信号I
i
(t)，得到多个所述干涉信号的差分相位结果
[0034]结合变量i与所述差分相位结果建立二维数据矩阵
[0035]对所述二维数据矩阵求标准差D(t)，根据所述标准差D(t)，进行振动事件的判定，确定所述振动事件的位置信息，时域波形信息和/或频谱信息。
[0036]可选地，所述预先构建的计算公式为：
[0037][0038]所述后向瑞利散射光信号的干涉信号I
i
(t)为：
[0039][0040]所述上位机利用第i
‑
1个、第i+1个后向瑞利散射光干涉信号，计算第i个后向瑞利散射干涉信号I
i
(t)的差分相位
[0041]ω是窄线宽激光器输出的中心频率，t是探测处理组件探测到所述干涉信号的时刻，为后向瑞利散射光干涉信号在t时刻的相位，I
’
和I”分别为所述后向瑞利散射光干涉信号的直流与交流分量幅值，是两路后向瑞利散射光信号在t时刻的相位差。
[0042]可选地，进行振动事件的判定，具体为：
[0043]将所述标准差D(t)与预先设置的阈值D0进行比较；
[0044]若在t＝t0时刻，D(t0)＞D0，则判断存在振动事件；
[0045]所述待测传感光纤探测到振动事件的位置到所述光环行器第二端口的距离为：
[0046]v
·
t0/2；
[0047]v是探测光在光纤中的传播的速度。
[0048]可选地，所述振动事件的振动波形为
[0049]对所述振动波形进行快速傅里叶变换，确定所述振动事件的频谱信息。
[0050](三)有益效果
[0051]本申请一实施例的基于相移双脉冲探测技术的Ф
‑
OTDR系统使用具有一定时延和相位差的双脉冲激光信号作为探测光，获取所述双脉冲激光信号在待测传感光纤中发生瑞利散射返回的后向瑞利散射光信号的干涉信号，通过解调后向瑞利散射光差分相位，获取振动事件的位置信息、时域波形信息和频谱信息，利用相邻的干涉信号之间存在的固定相移，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于相移双脉冲探测技术的Ф
‑
OTDR系统，其特征在于，包括：前端组件，所述前端组件产生经过光环行器输出到待测传感光纤的双脉冲激光信号，所述双脉冲激光信号为经由驱动信号源对声光调制器进行驱动之后产生的、具有初始相位差的两个脉冲激光信号；所述双脉冲激光信号，经过所述待测传感光纤瑞利散射产生后向瑞利散射光信号，所述后向瑞利散射光信号经过光环行器输出至探测处理组件；所述探测处理组件，用于对经过光环行器输出的、所述后向瑞利散射光信号的干涉信号进行光电转换并对电信号进行解析，获取振动事件的位置信息、振动波形和/或频谱信息。2.如权利要求1所述的Ф
‑
OTDR系统，其特征在于，所述前端组件，包括窄线宽激光器、光隔离器、声光调制器、驱动信号源和第一掺珥光纤放大器；所述窄线宽激光器、光隔离器、声光调制器和第一掺珥光纤放大器顺序连接，所述驱动信号源通过射频线与声光调制器连接。3.如权利要求2所述的Ф
‑
OTDR系统，其特征在于，所述窄线宽激光器线宽小于10千赫兹；所述窄线宽激光器，输出入射激光，经过所述光隔离器输出到所述声光调制器；所述声光调制器经由驱动信号源驱动，调制所述入射激光，输出到所述第一掺珥光纤放大器；所述第一掺珥光纤放大器，作为所述前端组件的输出端与所述光环行器的第一端口连接；所述光环行器的第二端口与所述待测传感光纤连接；所述光环行器的第三端口输出到所述探测处理组件。4.如权利要求1所述的Ф
‑
OTDR系统，其特征在于，所述双脉冲激光信号，与所述驱动信号源产生的用于驱动声光调制器的射频双脉冲信号具有相同的重复频率、脉冲宽度、两个脉冲信号之间的时延和相位差；所述脉冲宽度取值范围为：50ns≤W≤200ns；所述两个脉冲信号之间的时延50ns≤τ≤300ns；所述相位差为满足：i为所述双脉冲激光信号的生成次数，θ为相移常量，所述θ取值为π/2或π/3。5.如权利要求1所述的Ф
‑
OTDR系统，其特征在于，所述探测处理组件，包括：顺序连接的第二掺铒光纤放大器、光滤波器、光电探测器、数据采集卡和上位机；所述第二掺铒光纤放大器作为所述探测处理组件的输入端与所述光环行器的第三端口连接；所述光电探测器，接收所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵理阳，刘帅旗，余飞宏，许维杰，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：