一种基于双脉冲调制的分布式光纤传感方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于双脉冲调制的分布式光纤传感方法及系统。其中，该方法包括：获取连续光；将所述连续光经过声光调制器(2)调制成周期性变化的双脉冲序列进行放大处理，得到第一高功率探测光；将所述第一高功率探测光通过环形器进入传感光纤，获得后向瑞利散射光，其中所述第一高功率探测光的前后脉冲序列形成相互干涉的后向瑞利散射光，所述相互干涉的后向瑞利光携带所述传感光纤的扰动信息；将所述后向瑞利散射光放大并进行耦合，获得第二高功率探测光；利用所述第二高功率探测光经过光电转换获得所述传感光纤上的扰动信息。本发明专利技术解决了现有技术不能做到简化传感装置、降低解调方法复杂度的同时还能保证足够的传感距离和解调精度的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于双脉冲调制的分布式光纤传感方法及系统
本专利技术涉及光传播领域，具体而言，涉及一种基于双脉冲调制的分布式光纤传感方法及系统。
技术介绍
分布式光纤传感系统是一种利用光纤作为传感敏感元件和传输信号介质的传感系统。分布式光纤传感系统原理是同时利用光纤作为传感敏感元件和传输信号介质，采用先进的OTDR技术，探测出沿着光纤不同位置的温度和应变的变化，实现真正分布式的测量。这种技术的最大优点在于减少了测试数据采集设备所需的通道数量,从而降低了测试成本,并能够实现对待测物理量的分布场值的测量,且传感元件仅为光纤。分布式光纤传感系统应用范围很大,可以进行全自动的安全监控系统,为现有的光缆通信线路提供方便的线路篡改或干扰警告。也可以实现全自动全天候的监测围墙闭合区域、高安全区域的入侵,这些区域主要包括军事基地、国界、核设施及监狱等。还可以实现管道监控、民用设施历史建筑等的安全性监控。所以,分布式光纤传感系统的研究对安全监测、生产和生活都有积极的意义现在的光纤传感技术主要分为基于光时域反射计和基于干涉仪结构的分布式光纤传感器。其中对基于瑞利散射的光时域反射计，又根据检测方法的不同分为偏振光时域反射计(P-OTDR)和相位敏感型光时域反射计(φ-OTDR)。但P-OTDR技术要求采用保偏光纤,定位精度高,但是传感距离相对较短；而φ-OTDR具有灵敏度高、定位精度高、数据处理简单等优点。目前φ-OTDR相位解调方法主要有相位生成载波法(零差法)、外差法和3×3耦合器相位解调法等。相位生成载波法一般用于消除随机相位漂移、相位衰落等影响的干涉型光纤传感器中，但易受到频率和传感距离的限制，使得系统的监测频率范围降低，并且需要引入干涉仪结构，使结构复杂，且易受到环境影响；外差法通常需要本地光和信号光相互干涉，但这种方法器件成本高，要求光源的相干性要高，频率偏移要小，探测器带宽要高，不利于大范围使用。针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种基于双脉冲调制的分布式光纤传感方法及系统，以至少解决现有技术不能做到简化传感装置、降低解调方法复杂度的同时还能保证足够的传感距离和解调精度的技术问题。根据本专利技术实施例的一个方面，提供了一种基于双脉冲调制的分布式光纤传感方法，包括：获取连续光；将所述连续光经过声光调制器(2)调制成周期性变化的双脉冲序列进行放大处理，得到第一高功率探测光；将所述第一高功率探测光通过环形器进入传感光纤，获得后向瑞利散射光，其中所述第一高功率探测光的前后脉冲序列形成相互干涉的后向瑞利散射光，所述相互干涉的后向瑞利光携带所述传感光纤的扰动信息；将所述后向瑞利散射光放大并进行耦合，获得第二高功率探测光；利用所述第二高功率探测光经过光电转换获得所述传感光纤上的扰动信息。可选地，所述利用所述第二高功率探测光经过光电转换获得所述传感光纤上的扰动信息的步骤包括：将所述耦合后的第二高功率探测光传输到光电探测器(9)进行光电转换，并经过数据采集卡(10)进行数据采集。可选地，所述将所述耦合后的第二高功率探测光传输到光电探测器(9)进行光电转换，并经过数据采集卡(10)进行数据采集的步骤包括：将所述第二高功率探测光进行预处理，并获取预设位置处的强度信号值；将所述强度信号值进行拟合处理并求和，得到求和值；根据求和值进行微分交叉求和操作。可选地，在所述根据求和值进行微分交叉求和操作之后，所述方法还包括：将进行了微分交叉求和之后的所述求和值进行积分，得到相位解调结果。可选地，将所述后向瑞利散射光放大并进行耦合的步骤中，是通过Sagnac干涉仪(8)的3×3耦合器将所述第二高功率探测光进行耦合。可选地，所述通过Sagnac干涉仪(8)的3×3耦合器将所述第二高功率探测光进行耦合的步骤中，所述第二高功率探测光进入Sagnac干涉仪(8)，并分别沿所述Sagnact干涉仪(8)的3×3耦合器(82)的d到f端口逆时针传输，和f到d端口顺时针传输，最终从所述3×3耦合器(82)的b、c端口输出。本专利技术实施例还提出一种基于双脉冲调制的分布式光纤传感系统，包括：声光调制器(2)、第一掺饵光纤放大器(31)、第二掺饵光纤放大器(32)、环形器(5)、传感光纤(6)、Sagnac干涉仪(8)；所述Sagnac干涉仪(8)包括：短光纤(81)、3×3耦合器(82)；所述声光调制器(2)连接于激光器(1)，所述激光器(1)发出的连续光经过所述声光调制器(2)调制成周期性变化的双脉冲序列，并经过所述第一掺饵光纤放大器(31)对所述双脉冲序列进行放大形成第一高功率探测光；所述第一高功率探测光通过所述环形器(5)进入所述传感光纤(6)，所述第一高功率探测光的前后脉冲在所述传感光纤(6)中产生的后向瑞利散射光相互干涉，从而携带所述传感光纤(6)上的扰动信息，携带有所述扰动信息的后向瑞利散射光返回至所述环形器(5)，并从所述环形器(5)的连接所述第二掺饵光纤放大器(31)的端口输出，通过所述第二掺饵光纤放大器(32)形成第二高功率探测光；所述放大后的第二高功率探测光进入Sagnac干涉仪(8)，并分别沿所述3×3耦合器(82)的d到f端口逆时针传输，和f到d端口顺时针传输，最终从所述3×3耦合器(82)的b、c端口输出，形成耦合后的探测光；所述耦合后的探测光经过光电转换后能够用于获取所述传感光纤上的扰动信息。可选地，所述分布式光纤传感系统还包括连接于所述Sagnac干涉仪(8)的光电探测器(9)、数据采集卡(10)；所述包含扰动信息的探测光传输到光电探测器(9)进行光电转换；经过所述数据采集卡(10)进行数据采集之后可以获得两条时域上的光强值，利用解调算法对所述光强值进行解调，获得传感光纤上的扰动信息。可选地，所述第一掺饵光纤放大器(31)之后，所述环形器(5)之前设置有第一滤波器(41)，所述第二掺饵光纤放大器(32)之后，所述Sagnac干涉仪(8)之前设置有第二滤波器(42)。可选地，所述第二滤波器(42)和所述Sagnac干涉仪(8)之间还设置有光隔离器(7)。在本专利技术实施例中，采用一个简单的系统结构，直接调制产生双脉冲序列，利用双脉冲序列的前后脉冲之间的散射光进行干涉，从而无需两路干涉仪结构，相干检测结构，无需载波，且只需两个光电探测器就可扰动进行定位和相位解调，简化了系统配置，降低了成本。采用的解调方法简单，无需复杂计算，进一步提高了解调速度和精度。在可选实施例中，利用Sagnac干涉仪结构对信号进行采集，使其对环境扰动不敏感，增加了系统的稳定性，提高了信噪比。在可选实施例中，用本专利技术中的相位解调算法，无需产生120°的相位差，即可对得到的两路光强信号进行解调。解决了现有技术不能做到简化传感装置、降低解调方法复杂度的同时还能保证足够的传感距离和解调精度的技术问题。附图说本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于双脉冲调制的分布式光纤传感方法，其特征在于，包括：/n获取连续光；/n将所述连续光经过声光调制器(2)调制成周期性变化的双脉冲序列进行放大处理，得到第一高功率探测光；/n将所述第一高功率探测光通过环形器进入传感光纤，获得后向瑞利散射光，其中所述第一高功率探测光的前后脉冲序列形成相互干涉的后向瑞利散射光，所述相互干涉的后向瑞利光携带所述传感光纤的扰动信息；/n将所述后向瑞利散射光放大并进行耦合，获得第二高功率探测光；/n利用所述第二高功率探测光经过光电转换获得所述传感光纤上的扰动信息。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于双脉冲调制的分布式光纤传感方法，其特征在于，包括：
获取连续光；
将所述连续光经过声光调制器(2)调制成周期性变化的双脉冲序列进行放大处理，得到第一高功率探测光；
将所述第一高功率探测光通过环形器进入传感光纤，获得后向瑞利散射光，其中所述第一高功率探测光的前后脉冲序列形成相互干涉的后向瑞利散射光，所述相互干涉的后向瑞利光携带所述传感光纤的扰动信息；
将所述后向瑞利散射光放大并进行耦合，获得第二高功率探测光；
利用所述第二高功率探测光经过光电转换获得所述传感光纤上的扰动信息。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用所述第二高功率探测光经过光电转换获得所述传感光纤上的扰动信息的步骤包括：
将所述耦合后的第二高功率探测光传输到光电探测器(9)进行光电转换，并经过数据采集卡(10)进行数据采集。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将所述耦合后的第二高功率探测光传输到光电探测器(9)进行光电转换，并经过数据采集卡(10)进行数据采集的步骤包括：
将所述第二高功率探测光进行预处理，并获取预设位置处的强度信号值；
将所述强度信号值进行拟合处理并求和，得到求和值；
根据求和值进行微分交叉求和操作。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述根据求和值进行微分交叉求和操作之后，所述方法还包括：
将进行了微分交叉求和之后的所述求和值进行积分，得到相位解调结果。


5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述后向瑞利散射光放大并进行耦合的步骤中，是通过Sagnac干涉仪(8)的3×3耦合器将所述第二高功率探测光进行耦合。


6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述通过Sagnac干涉仪(8)的3×3耦合器将所述第二高功率探测光进行耦合的步骤中，所述第二高功率探测光进入Sagnac干涉仪(8)，并分别沿所述Sagnact干涉仪(8)的3×3耦合器(82)的d到f端口逆时针传输，和f到d端口顺时针传输，最终从所述3×3耦合器(82)的b、c端口输出。


7.一种基于双脉冲调制的分布式光纤传感系统，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟翔，章宝飞，任杰，邓华夏，陈晓珊，桂栋梁，马孟超，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34