【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于相位敏感型光时域反射计，尤其是涉及一种基于频率调制的双脉冲相位敏感型光时域反射计。
技术介绍
1、相位敏感型光时域反射计(phase-sensitive optical time domainreflectometer，φ-otdr)技术是一种新型分布式传感技术，它通过探测光纤中散射光的相位变化来实现对外部扰动的高灵敏度监测。这种技术不仅能够提供实时、动态的沿光纤路径的应变变化的测量，而且还能在数十甚至数百公里的范围内进行监测。由于其出色的性能，φ-otdr被广泛应用于多个领域，包括但不限于通信光缆的安全监控、油气管道的泄露检测、智能周界防护系统以及结构健康监测等。在这些应用中，φ-otdr不仅能够提供实时、连续的监测，还能通过精确地定位扰动，大大增强了系统的预警能力和安全性。
2、φ-otdr又分为直接检测型的φ-otdr与相干型的φ-otdr。由于直接检测技术的信噪比较低，其对微弱信号的检测能力有限，这导致系统在远端扰动信号检测上的灵敏度不高，因此很多场景下会使用相干型的φ-otdr。但是相干型φ-otdr需要复杂的光学组件和信号处理算法，这增加了系统的复杂性和成本。在检测振动时需要提取背向瑞利散射(rbs)信号的相位信息，但是直接检测的缺点就是无法提取相位。
3、近年来，提出了一种用于直接检测的双检测脉冲方案来提取rbs信号的相位。两个探测脉冲依次发射到被测光纤(fut)中。两个脉冲对应的rbs信号轨迹通过时间延迟在接收器端相互干扰。直接检测φ-otdr比相干检测成本低，在工程应用中得
技术实现思路
1、为了解决上述
技术介绍
中所提出的技术问题，本专利技术旨在提出一种基于频率调制和直接检测的双脉冲φ-otdr的方法，将含有四组频移分别为70mhz、75mhz、80mhz、85mhz的双脉冲注入光纤后，通过对振动点进行定位，再利用三角关系对rbs信号进行提取相位，进而解决相位调制的双脉冲φ-otdr的信噪比低的问题，同时解决直接检测φ-otdr无法进行提取相位的问题。
2、本专利技术的思路是基于频率调制的直接检测双脉冲φ-otdr，并且频率调制双脉冲只需要一个声光调制器便可产生，不同的频率调制的脉冲在光纤中产生的rbs信号的不同，以此为基础，相比与之前的方案的信号的snr得到很大的提高。通过对不同频率的双脉冲产生的两个rbs信号进行三角关系计算，可以得到信号的相位信息。由于此方法只需要对频谱中的主瓣进行分析，因此降低了系统对检测带宽和采样率的要求，增加了计算速率，在工程应用中存在广阔的应用前景。实验结果表明，可以实现0.1hz至2000hz的外加振动解调，并且定位的信噪比远高于传统的相位调制双脉冲的方式。
3、本专利技术采用如下技术方案实现。
4、一种基于频率调制的双脉冲相位敏感型光时域反射计，包括计算机，本专利技术所述反射计包括：窄线宽激光器、声光调制器、任意波形发生器、光放大器、光环形器、传感光纤、振动源、光电探测器、数据采集卡；
5、所述窄线宽激光器、声光调制器、光放大器、光环形器依序连接；
6、所述光环形器通过传感光纤与振动源连接；
7、所述数据采集卡通过光电探测器与光环形器连接；
8、所述任意波形发生器分别与声光调制器、数据采集卡和振动源连接。
9、进一步为，本专利技术所述反射计包括带通滤波器；所述带通滤波器设置在光放大器、光环形器之间。
10、进一步为，本专利技术所述振动源为压电陶瓷。
11、本专利技术上述发射计的使用方法，包括如下步骤：
12、步骤1)使用窄线宽激光器生成一个连续波光源；随后，任意波形发生器生成四组频率调制脉冲，这些电脉冲通过声光调制器进行调制以产生光脉冲；光脉冲发射到待测光纤中；同时，压电管由任意波形发生器产生的正弦信号驱动，以在光纤某位置处产生振动；rbs信号由光电二极管接收并转换为电信号；电信号最终通过示波器进行采集；
13、步骤2)计算机进行信号解调处理，先通过低通滤波滤除rbs信号的高频噪声；
14、步骤3)再将rbs信号以探测脉冲在光纤中的一个来回的时间为基础进行分组；
15、步骤4)计算机对原始数据进行幅度解调，得到含噪声的相位恢复信号；
16、步骤5)再通过幅度差分来对振动点进行定位，找到振动点的位置；
17、步骤6)对振动点的位置的信号通过三角的公式进行计算相位；
18、步骤7)对计算出的相位进行滑动平均，得到滤除噪声后的相位波形图；
19、步骤8)最后计算出相位波形的功率谱密度来测定振动波形的频率以及噪声大小。
20、进一步为，本专利技术所述步骤1)连续波光源的中心波长为1550nm、线宽为3khz。
21、进一步为，本专利技术所述步骤1)频率调制脉冲的脉冲宽度为100ns、脉冲间隔为100ns、重复频率为12.5khz。
22、进一步为，本专利技术所述步骤1)示波器的采样率为10msa/s。
23、进一步为，本专利技术所述步骤6)包括：rbs散射信号描述为：
24、
25、其中e(t)与是rbs信号强度的幅值与相位响应；
26、当两个脉冲被发射到光纤中时，经过pd之后，得到自干涉强度信号：
27、i(t)＝|erbs,1(t)+erbs,2(t)|2.
28、由于脉冲1与脉冲2有一个时延δt，因此i(t)被描述为：
29、
30、其中ω1与ω2分别为脉冲1和和脉冲2的角频率，θ0＝ω1·δt/2；
31、将i(t)简化
32、若是第i组脉冲发射到光纤中，则
33、
34、当除去直流分量，并令脉冲1和脉冲2的频率相等时，上式化简为：
35、
36、令θi+1与θi相差式子变为
37、
38、计算出
39、
40、δθi与i的奇偶性有关，由于θi＝ωi·δt/2，要使θi+1与θi始终相差设置δt＝100ns，四组脉冲的频率ω分别为70mhz、75mhz、80mhz、85mhz；
41、当i为奇数时，θi为0或者π，因此
42、
43、当i为偶数时，θi为或者因此
44、
45、依此，解调出rbs信号的相位。
46、进一步为，本专利技术所述步骤7)通过滑动平均去除其高频的噪声。<本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于频率调制的双脉冲相位敏感型光时域反射计，包括计算机，其特征在于，所述反射计包括：窄线宽激光器、声光调制器、任意波形发生器、光放大器、光环形器、传感光纤、振动源、光电探测器、数据采集卡；
2.根据权利要求1所述的反射计，其特征在于，所述反射计包括带通滤波器；所述带通滤波器设置在光放大器、光环形器之间。
3.根据权利要求1所述的反射计，其特征在于，所述振动源为压电陶瓷。
4.根据权利要求1所述发射计的使用方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
5.根据权利要求1所述的使用方法，其特征在于，所述步骤1)连续波光源的中心波长为1550nm、线宽为3kHz。
6.根据权利要求1所述的使用方法，其特征在于，所述步骤1)频率调制脉冲的脉冲宽度为100ns、脉冲间隔为100ns、重复频率为12.5kHz。
7.根据权利要求1所述的使用方法，其特征在于，所述步骤1)示波器的采样率为10MSa/s。
8.根据权利要求1所述的使用方法，其特征在于，所述步骤6)包括：RBS散射信号描述为：
9.
10.如权利要求1所述反射计在地质勘探与建筑物结构检测中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种基于频率调制的双脉冲相位敏感型光时域反射计，包括计算机，其特征在于，所述反射计包括：窄线宽激光器、声光调制器、任意波形发生器、光放大器、光环形器、传感光纤、振动源、光电探测器、数据采集卡；
2.根据权利要求1所述的反射计，其特征在于，所述反射计包括带通滤波器；所述带通滤波器设置在光放大器、光环形器之间。
3.根据权利要求1所述的反射计，其特征在于，所述振动源为压电陶瓷。
4.根据权利要求1所述发射计的使用方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
5.根据权利要求1所述的使用方法，其特征在于，所述步骤1)连续波光源的中...
【专利技术属性】
技术研发人员：李响，单立，杨发希，
申请(专利权)人：云南德通科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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