【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光学，具体涉及一种基于可控延时的瑞利和布里渊散射信号同步解调系统及方法。
技术介绍
1、光纤复合架空地线(optical fiber composite overhead groundwire，opgw)在电力系统中起到底线和传输光缆两种作用。在长期服役过程中，受自然环境因素影响容易产生雷击、山火、覆冰、舞动等事件，对opgw光缆安全运行产生影响，这些事件都会对光缆振动、温度或应变带来改变，因此通过监测opgw光缆振动、温度、应变信息可以实现光缆安全状态的在线监测，在故障发生前提前预警。
2、布里渊光时域反射计(brillouin optical time-domain reflectometer，botdr)利用opgw光缆内既有通信光纤进行温度和应变传感，具有测量距离长、分布式、精度高、无须另外布设传感器、线路无需供电等优势，适合应用于长距离opgw光缆在线监测。
3、相位敏感光时域反射计(φ-optical time-domain reflectometer，φ-otdr)，外界振动事件施加在传感光纤上的动态应变引起光纤发生周期性微小形变，进而引起光纤中传输的光信号光程差的改变，在探测端检测到的瑞利散射信号中引入一个附加相位信息，最后提取瑞利散射信号中附加相位的大小就可以成功实现对振动事件的引起的形变定量测量分析。
4、电力光缆的典型失效状态(雷击、覆冰、外破等)需要综合多种传感检测参量来进行准确判别评估，而现有传感系统/装置仅能实现振动、应变、温度参量的单一检测，感知评估
技术实现思路
1、鉴于以上问题，选用布里渊和瑞利两种不同技术方法实现多参量测量是一种解决多参量测量的技术思路，而基于双波长的布里渊、瑞利同步解调系统将两种波长的脉冲光耦合到一根光纤内进行传感，若两种波长脉冲重叠，则脉冲峰值功率为两种波长峰值功率的叠加，更容易产生非线性效应。为了抑制非线性效应且实现布里渊和瑞利信号的单独解调，本专利技术提出一种基于可控延时的瑞利和布里渊散射信号同步解调系统及方法。
2、根据本专利技术的一方面，提出一种基于可控延时的瑞利和布里渊散射信号同步解调系统，所述系统包括：
3、瑞利传感光脉冲调制模块，用于产生瑞利传感系统所需的调制脉冲和本地参考光，并将产生的调制脉冲发送给瑞利/布里渊散射光脉冲调节控制模块、将产生的本地参考光发送给所述瑞利散射返回信号处理模块；
4、布里渊传感光脉冲调制模块，用于产生布里渊传感系统所需的调制脉冲和待微波调制的本地参考光，并将产生的调制脉冲发送给瑞利/布里渊散射光脉冲调节控制模块、将产生的待微波调制的本地参考光发送给所述布里渊微波调制模块；
5、瑞利/布里渊散射光脉冲调节控制模块，用于将瑞利传感光脉冲调制模块和布里渊传感光脉冲调制模块发送的调制脉冲合束，并根据反馈触发信号实时调整驱动脉冲信号；
6、传感光收发模块，用于将瑞利/布里渊散射光脉冲调节控制模块产生的光脉冲信号进行放大，并传输到传感光纤中，并对返回的传感信号进行分离，将分离后的瑞利散射信号和布里渊散射信号分别发送给瑞利散射返回信号处理模块和布里渊散射返回信号处理模块；
7、瑞利散射返回信号处理模块，用于对接收的瑞利散射信号和本地参考光进行处理；
8、布里渊散射返回信号处理模块，用于对接收的布里渊散射信号和本地参考光进行处理；
9、布里渊微波调制模块，用于对接收的待微波调制的本地参考光进行微波调制，并将调制后的双边带本地参考光发送给所述布里渊散射返回信号处理模块。
10、在其中一种可能的实现方式中，所述瑞利传感光脉冲调制模块包括第一激光器1、第一90/10耦合器2、第一声光调制器3；所述第一激光器1的输出端连接所述第一90/10耦合器2的输入端，所述第一90/10耦合器2的90％输出端口连接所述第一声光调制器3的输入端，10％的输出端口连接到所述瑞利散射返回信号处理模块中的第一四端口50/50耦合器17的一号输入端口，所述第一声光调制器3的输出端连接所述瑞利/布里渊散射光脉冲调节控制模块中的第一50/50耦合器4的一号输入端口；
11、所述布里渊传感光脉冲调制模块包括第二激光器20、第三50/50耦合器21、第一电光调制器22；所述第二激光器20的输出端连接所述第三50/50耦合器21的输入端，所述第三50/50耦合器21的输出端分别连接所述第一电光调制器22和所述布里渊微波调制模块中的第二电光调制器23的输入端，所述第一电光调制器22的输出端连接所述瑞利/布里渊散射光脉冲调节控制模块中的第一50/50耦合器4的二号输入端口。
12、在其中一种可能的实现方式中，所述瑞利/布里渊散射光脉冲调节控制模块包括第一50/50耦合器4、第二90/10耦合器5、第二50/50耦合器6、第一光纤光栅滤波器7、第二光纤光栅滤波器8、第一光电探测器9、第二光电探测器10、第一掺铒光纤放大器11、脉冲源29；所述第一50/50耦合器4的输出端连接所述第二90/10耦合器5的输入端；所述第二90/10耦合器5的10％输出端口与所述第二50/50耦合器6的输入端连接、90％输出端口与所述第一掺铒光纤放大器11的输入端连接；所述第二50/50耦合器6的两个输出端口分别连接所述第一光纤光栅滤波器7和所述第二光纤光栅滤波器8的输入端，所述第一光纤光栅滤波器7的输出端与所述第一光电探测器9的输入端连接，所述第二光纤光栅滤波器8的输出端与所述第二光电探测器10的输入端连接；所述第一掺铒光纤放大器11的输出端与所述传感光收发模块中的第一环形器12的一号端口连接，经所述第一环形器12的二号端口进入待测光纤；所述脉冲源29与所述第一光电探测器9的输出端、所述第二光电探测器10的输出端、所述第一声光调制器3的输入端、所述第一电光调制器22的输入端连接，所述脉冲源29用于发出驱动脉冲信号，并接收由所述第一光电探测器9、所述第二光电探测器10采集到的反馈信号。
13、在其中一种可能的实现方式中，所述传感光收发模块包括第一环形器12、第一波分复用器14、第二掺铒光纤放大器15、第三掺铒光纤放大器18；所述第一环形器12的三号端口连接所述第一波分复用器14的输入端，所述第一波分复用器14的c32输出端口连接所述第二掺铒光纤放大器15的输入端，所述第二掺铒光纤放大器15的输出端连接所述瑞利散射返回信号处理模块中的第二波分复用器16的输入端，所述第一波分复用器14的c34输出端连接所述第三掺铒光纤放大器18的输本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于可控延时的瑞利和布里渊散射信号同步解调系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于可控延时的瑞利和布里渊散射信号同步解调系统，其特征在于，所述瑞利传感光脉冲调制模块包括第一激光器(1)、第一90/10耦合器(2)、第一声光调制器(3)；所述第一激光器(1)的输出端连接所述第一90/10耦合器(2)的输入端，所述第一90/10耦合器(2)的90％输出端口连接所述第一声光调制器(3)的输入端，10％的输出端口连接到所述瑞利散射返回信号处理模块中的第一四端口50/50耦合器(17)的一号输入端口，所述第一声光调制器(3)的输出端连接所述瑞利/布里渊散射光脉冲调节控制模块中的第一50/50耦合器(4)的一号输入端口；
3.根据权利要求2所述的一种基于可控延时的瑞利和布里渊散射信号同步解调系统，其特征在于，所述瑞利/布里渊散射光脉冲调节控制模块包括第一50/50耦合器(4)、第二90/10耦合器(5)、第二50/50耦合器(6)、第一光纤光栅滤波器(7)、第二光纤光栅滤波器(8)、第一光电探测器(9)、第二光电探测器(10)、第一掺铒光纤放
4.根据权利要求3所述的一种基于可控延时的瑞利和布里渊散射信号同步解调系统，其特征在于，所述传感光收发模块包括第一环形器(12)、第一波分复用器(14)、第二掺铒光纤放大器(15)、第三掺铒光纤放大器(18)；所述第一环形器(12)的三号端口连接所述第一波分复用器(14)的输入端，所述第一波分复用器(14)的C32输出端口连接所述第二掺铒光纤放大器(15)的输入端，所述第二掺铒光纤放大器(15)的输出端连接所述瑞利散射返回信号处理模块中的第二波分复用器(16)的输入端，所述第一波分复用器(14)的C34输出端连接所述第三掺铒光纤放大器(18)的输入端，所述第三掺铒光纤放大器(18)的输出端连接所述布里渊散射返回信号处理模块中的第二环形器(25)的一端口；
5.根据权利要求4所述的一种基于可控延时的瑞利和布里渊散射信号同步解调系统，其特征在于，所述瑞利散射返回信号处理模块包括第二波分复用器(16)、第一四端口50/50耦合器(17)、第一平衡探测器(19)；所述第二波分复用器(16)的输出端连接所述第一四端口50/50耦合器(17)另一输入端，所述第一四端口50/50耦合器(17)两个输出端连接所述第一平衡探测器(19)的两个输入端；
6.根据权利要求5所述的一种基于可控延时的瑞利和布里渊散射信号同步解调系统，其特征在于，所述第一激光器(1)为φ-OTDR使用的窄线宽光源，波长为C32波段，功率10mW，线宽3kHz；所述第二激光器(20)为BOTDR使用的光源，波长为C34波段，功率为50mW，线宽1MHz；所述第一声光调制器(3)的移频参数为下移频200MHz；第一平衡探测器(19)的带宽为300MHz，第二平衡探测器(28)的带宽为80MHz。
7.一种基于可控延时的瑞利和布里渊散射信号同步解调方法，其特征在于，所述瑞利和布里渊散射信号同步解调方法包括：
8.根据权利要求7所述的一种基于可控延时的瑞利和布里渊散射信号同步解调方法，其特征在于，所述第一激光器(1)发出波长为C32波段的光脉冲；所述第二激光器(20)发出波长为C34波段的光脉冲；所述回波信号中包含C32和C34两个波段的信号。
9.根据权利要求8所述的一种基于可控延时的瑞利和布里渊散射信号同步解调方法，其特征在于，若第一光电探测器(9)探测输出信号与第二光电探测...
【技术特征摘要】
1.一种基于可控延时的瑞利和布里渊散射信号同步解调系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于可控延时的瑞利和布里渊散射信号同步解调系统，其特征在于，所述瑞利传感光脉冲调制模块包括第一激光器(1)、第一90/10耦合器(2)、第一声光调制器(3)；所述第一激光器(1)的输出端连接所述第一90/10耦合器(2)的输入端，所述第一90/10耦合器(2)的90％输出端口连接所述第一声光调制器(3)的输入端，10％的输出端口连接到所述瑞利散射返回信号处理模块中的第一四端口50/50耦合器(17)的一号输入端口，所述第一声光调制器(3)的输出端连接所述瑞利/布里渊散射光脉冲调节控制模块中的第一50/50耦合器(4)的一号输入端口；
3.根据权利要求2所述的一种基于可控延时的瑞利和布里渊散射信号同步解调系统，其特征在于，所述瑞利/布里渊散射光脉冲调节控制模块包括第一50/50耦合器(4)、第二90/10耦合器(5)、第二50/50耦合器(6)、第一光纤光栅滤波器(7)、第二光纤光栅滤波器(8)、第一光电探测器(9)、第二光电探测器(10)、第一掺铒光纤放大器(11)、脉冲源(29)；所述第一50/50耦合器(4)的输出端连接所述第二90/10耦合器(5)的输入端；所述第二90/10耦合器(5)的10％输出端口与所述第二50/50耦合器(6)的输入端连接、90％输出端口与所述第一掺铒光纤放大器(11)的输入端连接；所述第二50/50耦合器(6)的两个输出端口分别连接所述第一光纤光栅滤波器(7)和所述第二光纤光栅滤波器(8)的输入端，所述第一光纤光栅滤波器(7)的输出端与所述第一光电探测器(9)的输入端连接，所述第二光纤光栅滤波器(8)的输出端与所述第二光电探测器(10)的输入端连接；所述第一掺铒光纤放大器(11)的输出端与所述传感光收发模块中的第一环形器(12)的一号端口连接，经所述第一环形器(12)的二号端口进入待测光纤；所述脉冲源(29)与所述第一光电探测器(9)的输出端、所述第二光电探测器(10)的输出端、所述第一声光调制器(3)的输入端、所述第一电光调制器(22)的输入端连接，所述脉冲源(29)用于发出驱动脉冲信号，并接收由所述第一光电探测器(9)、所述第二光电探测器(10)采集到的反馈信号。
4.根据权利要求3所述的一种基于可控延时的瑞利和布里渊散射信号同步解调系统，其特征在于，所述传感光收发模块包括第一环形器(12)、第一波分复用器(14)、第二掺铒光纤放大器(15)、第三掺铒光纤放大器(18)；所述第一环形器(1...
【专利技术属性】
技术研发人员：董永康，刘军，隋景林，王颖，吴广哲，张儒依，许超，李蒙，安鑫，夏猛，汤晓惠，关鹏，姜桃飞，吴俊，周红燕，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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