【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光纤传感，尤其涉及一种稳相多频光源及其传感系统。
技术介绍
1、分布式光纤声波传感(distributed optical fiber acoustic sensing，das)技术是一种利用光纤背向瑞利散射干涉效应探测声波的新型传感技术。除具有光纤传感系统共有的应用优势外(如本质无源，可在强电磁干扰、高温高压、化学腐蚀强等特殊环境下工作)，das技术还可以很好的实现对光纤沿线的应变(振动、声波等)进行长距离的分布式的探测。其基本原理为：光在光纤中传输时，由于光纤在制造过程中无法做到质地完全均匀，入射光波会在光纤中发生弹性散射，产生瑞利散射光；当光纤受到如声波、压力等外界物理量作用时，光纤中的瑞利散射光相位会相应受到影响，通过解调瑞利散射光的相位信息，即可获得声波信息，实现对声波信息的分布式传感。
2、传统的das系统以单频光脉冲作为探测光，对光纤沿线进行遍历，从而建立空域和时域之间的一一映射关系。探测脉冲注入光纤后，以c/n(c为真空中光速，n为光纤折射率)的速度在光纤中传播，从而对光纤实现遍历；探测脉冲每到达光纤上一个区域，则对该处光纤该时刻所受环境扰动信息进行感知，随后通过瑞利散射方式，利用瑞利散射光将该信息回传至前端进行分析。通过光纤上不同位置的瑞利散射信号返回探测端的时间差异，建立空域和时域之间的一一映射关系，实现对光纤上每一点的扰动信息感知与定位。传统单频脉冲系统核心参数系统空间分辨率与系统信噪比两者之间由于光纤的非线性效应而相互制约，为实现高空间分辨率，需注入窄脉宽光脉冲，而光纤非线性效应
3、针对传统单频脉冲型das系统空间分辨率与信噪比相互制约、存在相干衰落现象等问题，现有的解决方案是注入多频光作为探测光，基于频分复用原理，在不劣化系统空间分辨率的前提下，提高入射光强，提高系统信噪比。并利用不同频率光在光纤上相干衰落空间位置不同的特性消除相干衰落，提高系统可靠性。例如：ogden,h.m等人在frequencymultiplexed coherentsci.rep.11,17921(2021).中实现了基于频移环的多频脉冲das系统。该系统基于频移环结构，高效产生多频脉冲，如图1所示，利用多频脉冲提高入射光脉冲平均功率，消除相干衰落，进而提高系统信噪比与可靠性。然而该系统不能使用常用于多频das系统的矢量旋转算法来将各个频率成分所包含的振动信息组合，从而获得最大程度的信噪比提升。因为矢量旋转算法需求系统入射脉冲不同频率成分光相位稳定，而上述基于频移环结构的多频脉冲das系统输出的多频脉冲不同频率脉冲相位不稳定，如图7所示，该系统使用矢量旋转算法组合多频脉冲系统时会引入大量高频噪声。
技术实现思路
1、本专利技术的目的之一至少在于，针对如何克服上述现有技术存在的问题，提供一种稳相多频光源及其传感系统，能够实现稳相多频光脉冲输出，并实现das系统的高性能探测。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案包括以下各方面。
3、一种稳相多频光源，其包括：通过多个耦合器连接的窄线宽激光器、光学调制器、信号发生器、探测模块以及频移环；
4、其中，窄线宽激光器配置为产生的窄线宽激光经第一耦合器，一部分进入到光学调制器中，经光学调制器调制成单频光脉冲；另一部分窄线宽激光进入第四耦合器作为本振光；
5、信号发生器配置为产生第一同步电信号以及第二同步电信号，第一同步电信号控制光学调制器，将单频直流光调制成单频光脉冲；单频光脉冲进入到频移环中，在频移环中进行多次循环频移，产生多个移频脉冲；
6、频移环包括第二耦合器、低噪声光放大器、光学移频器；第二耦合器、低噪声光放大器和光学移频器依次连接成环路结构；信号发生器配置为产生第二同步电信号以控制光学移频器，以控制光脉冲在频移环中的移频次数；低噪声光放大器配置为补偿循环移频损耗；
7、经频移环输出的多频光脉冲，通过第三耦合器后，一部分多频光脉冲输出为多频光脉冲，另一部分进入第四耦合器与窄线宽激光器产生的本振光相干，并被探测模块探测；
8、探测模块配置为获取输出多频光脉冲相位信息，以计算稳相脉冲发射重频；信号发生器根据计算所得稳相脉冲发射重频设置产生第一同步电信号、第二同步电信号的重复频率，以实现稳相多频光脉冲输出。
9、一种基于稳相多频光源的传感系统，其包括上述的稳相多频光源，环形器、传感光纤、以及解调模块；
10、其中，稳相多频光源产生的稳相多频光脉冲经环形器进入传感光纤，在传感光纤中发生瑞利散射，产生背向瑞利散射光，背向瑞利散射光返回环形器，经环形器进入探测模块，背向瑞利散射光与混合光发生干涉后产生的干涉光经过解调模块解调出振动信息，以获得传感光纤上的扰动及定位信息。
11、综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术至少具有以下有益效果：
12、通过光学调制器和信号发生器将单频激光器输出的直流光调制成光脉冲，通过频移环循环移频产生多个移频脉冲。通过将输出多频脉冲分出小部分，与单频激光器分出的本征光相干探测，获取输出多频光脉冲相位信息，以对输出多频光脉冲重频进行负反馈控制，实现稳相多频光脉冲输出。
13、通过将稳相多频脉冲注入传感光纤，使稳相多频光脉冲代替传统das系统探测光脉冲，利用探测解调模块获取背向散射光信息，可以实现das系统的高性能探测。
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1.一种稳相多频光源，其特征在于，包括：通过多个耦合器连接的窄线宽激光器、光学调制器、信号发生器、探测模块以及频移环；
2.根据权利要求1所述的稳相多频光源，其特征在于，所述光学调制器采用电光调制器、声光调制器、或者光开关。
3.根据权利要求1所述的稳相多频光源，其特征在于，所述光学移频器采用电光移频器或者声光移频器。
4.根据权利要求1所述的稳相多频光源，其特征在于，所述经频移环输出的多频光脉冲，通过第三耦合器后，99％输出为多频光脉冲，1％进入第四耦合器。
5.根据权利要求1所述的稳相多频光源，其特征在于，所述稳相脉冲发射重频计算方法包括：
6.一种基于稳相多频光源的传感系统，其特征在于，包括权利要求1至5中任一项所述的稳相多频光源，环形器、传感光纤、以及解调模块；
【技术特征摘要】
1.一种稳相多频光源，其特征在于，包括：通过多个耦合器连接的窄线宽激光器、光学调制器、信号发生器、探测模块以及频移环；
2.根据权利要求1所述的稳相多频光源，其特征在于，所述光学调制器采用电光调制器、声光调制器、或者光开关。
3.根据权利要求1所述的稳相多频光源，其特征在于，所述光学移频器采用电光移频器或者声光移频器。
4.根据权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：冉曾令，朱庆强，于佳卉，饶云江，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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