【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光学，尤其涉及一种基于参考光纤相位补偿的光时域反射系统及解调方法。
技术介绍
1、分布式光纤传感技术已用于大型基础设施、地质灾害、地球物理探测、物联网等领域中，该研究具有重大的经济和科研价值。分布式光纤传感技术主要利用光纤中的非线性效应，包括瑞利散射、布里渊散射和拉曼散射，形成多种类型的分布式光纤传感解调系统，具备不同场景分布式光纤传感监测能力。针对高灵敏度的动态应变测量，基于瑞利散射效应的光时域反射系统(opticaltime domainreflectometry，otdr)是最佳测量方案之一。
2、传统phase-otdr系统利用窄线宽高相干光源产生脉冲光，直接探测脉冲内后向瑞利散射信号之间的干涉强度。由于光纤内散射点随机分布，干涉信号具有锯齿状的无规则形状。当外界环境和系统不变时，干涉图样不变并具有可重复性；当外界温度或应变变化时，散射点间光学路径变化使得散射光相位变化，对扰动位置干涉强度产生影响。然而直接信号强度探测的传统phase-otdr只能用于定性测量，用于入侵、定位、速度和振动监测，无法得到温度和应变的变化量。进一步研究发现，干涉强度变化的主要原因是散射光相位差的变化，因此可以通过相位解调和频率补偿方案确定相位变化量，实现温度和应变的定量测量。近十几年，关于高灵敏度定量测量的phase-otdr得到广泛研究，主要技术包括干涉仪解调、外差相干探测、扫频方案和啁啾脉冲等，实现了纳应变和毫开尔文级别的高分辨率应变/温度测量。
3、高灵敏度phase-otdr解调系统为地震波、地质
技术实现思路
1、本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
2、根据本专利技术的一方面，提供了一种基于参考光纤相位补偿的光时域反射系统，该光时域反射系统包括：信号发生器、分布式反馈激光器、半导体光纤放大器、第一放大器、环形器、第二放大器、波器滤、探测器、参考光纤和待测光纤，信号发生器分别驱动控制分布式反馈激光器和半导体光纤放大器；分布式反馈激光器的连续激光信号经半导体光纤放大器转换为脉冲光信号并经第一放大器放大；放大后的脉冲光信号经环行器的第一端口进入环行器的第二端口，先后进入参考光纤和待测光纤，光纤瑞利散射信号经第二端口进入环行器的第三端口后，依次经过第二放大器和滤波器，探测器根据过滤后的散射信号获取参考光纤和待测光纤的瑞利干涉光谱。
3、进一步地，参考光纤置于恒温环境中，且处于松弛状态。
4、进一步地，参考光纤的长度为系统空间分辨率的至少2倍，将参考光纤的中间段作为相位补偿监测区域。
5、进一步地，待测光纤的测量长度为系统测量距离与参考光纤的长度的差值。
6、进一步地，第一放大器和第二放大器均采用掺铒光纤放大器。
7、进一步地，光时域反射系统还包括采集卡，采集卡分别与信号发生器和探测器连接。
8、进一步地，信号发生器同步驱动采集卡实现光源波长扫描、脉冲调制和信号采集的同步。
9、根据本专利技术的另一方面，提供了一种基于参考光纤相位补偿的光时域反射系统的解调方法，该光时域反射系统的解调方法采用如上所述的基于参考光纤相位补偿的光时域反射系统实现相位解调。
10、进一步地，光时域反射系统的解调方法包括：基于如上所述的基于参考光纤相位补偿的光时域反射系统分别获取参考光纤和待测光纤的瑞利干涉光谱；根据参考光纤和待测光纤的瑞利干涉光谱获取参考光纤和待测光纤的相位变化；将待测光纤的相位变化与参考光纤的相位变化作差，基于差值完成光时域反射系统的解调。
11、进一步地，根据参考光纤和待测光纤的瑞利干涉光谱进行互相关运算获取参考光纤和待测光纤的相位变化。
12、应用本专利技术的技术方案，提供了一种基于参考光纤相位补偿的光时域反射系统及解调方法，该光时域反射系统通过串联设置参考光纤和待测光纤，分别获取参考光纤和待测光纤的瑞利干涉光谱，可通过参考光纤实时获取系统相位漂移量，补偿待测光纤相位变化，避免了将光源相位抖动解调为温度/应变变化量，实现高精度高灵敏度温度/应变解调，能够有效提升phase-otdr系统环境适应性，增强其工程可用能力。与现有技术相比，本专利技术的技术方案能够解决现有技术中传统phase-otdr系统受光源相位漂移影响导致测量精度不足的技术问题。
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1.一种基于参考光纤相位补偿的光时域反射系统，其特征在于，所述光时域反射系统包括：信号发生器、分布式反馈激光器、半导体光纤放大器、第一放大器、环形器、第二放大器、波器滤、探测器、参考光纤和待测光纤，所述信号发生器分别驱动控制所述分布式反馈激光器和所述半导体光纤放大器；所述分布式反馈激光器的连续激光信号经所述半导体光纤放大器转换为脉冲光信号并经所述第一放大器放大；放大后的脉冲光信号经所述环行器的第一端口进入所述环行器的第二端口，先后进入所述参考光纤和所述待测光纤，光纤瑞利散射信号经所述第二端口进入所述环行器的第三端口后，依次经过所述第二放大器和所述滤波器，所述探测器根据过滤后的散射信号获取参考光纤和待测光纤的瑞利干涉光谱。
2.根据权利要求1所述的基于参考光纤相位补偿的光时域反射系统，其特征在于，所述参考光纤置于恒温环境中，且处于松弛状态。
3.根据权利要求1所述的基于参考光纤相位补偿的光时域反射系统，其特征在于，所述参考光纤的长度为系统空间分辨率的至少2倍，将所述参考光纤的中间段作为相位补偿监测区域。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的基于参
5.根据权利要求1所述的基于参考光纤相位补偿的光时域反射系统，其特征在于，所述第一放大器和所述第二放大器均采用掺铒光纤放大器。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的基于参考光纤相位补偿的光时域反射系统，其特征在于，所述光时域反射系统还包括采集卡，所述采集卡分别与所述信号发生器和所述探测器连接。
7.根据权利要求6所述的基于参考光纤相位补偿的光时域反射系统，其特征在于，所述信号发生器同步驱动所述采集卡实现光源波长扫描、脉冲调制和信号采集的同步。
8.一种基于参考光纤相位补偿的光时域反射系统的解调方法，其特征在于，所述光时域反射系统的解调方法采用如权利要求1至7中任一项所述的基于参考光纤相位补偿的光时域反射系统实现相位解调。
9.根据权利要求8所述的基于参考光纤相位补偿的光时域反射系统的解调方法，其特征在于，所述光时域反射系统的解调方法包括：
10.根据权利要求9所述的基于参考光纤相位补偿的光时域反射系统的解调方法，其特征在于，根据所述参考光纤和待测光纤的瑞利干涉光谱进行互相关运算获取参考光纤和待测光纤的相位变化。
...【技术特征摘要】
1.一种基于参考光纤相位补偿的光时域反射系统，其特征在于，所述光时域反射系统包括：信号发生器、分布式反馈激光器、半导体光纤放大器、第一放大器、环形器、第二放大器、波器滤、探测器、参考光纤和待测光纤，所述信号发生器分别驱动控制所述分布式反馈激光器和所述半导体光纤放大器；所述分布式反馈激光器的连续激光信号经所述半导体光纤放大器转换为脉冲光信号并经所述第一放大器放大；放大后的脉冲光信号经所述环行器的第一端口进入所述环行器的第二端口，先后进入所述参考光纤和所述待测光纤，光纤瑞利散射信号经所述第二端口进入所述环行器的第三端口后，依次经过所述第二放大器和所述滤波器，所述探测器根据过滤后的散射信号获取参考光纤和待测光纤的瑞利干涉光谱。
2.根据权利要求1所述的基于参考光纤相位补偿的光时域反射系统，其特征在于，所述参考光纤置于恒温环境中，且处于松弛状态。
3.根据权利要求1所述的基于参考光纤相位补偿的光时域反射系统，其特征在于，所述参考光纤的长度为系统空间分辨率的至少2倍，将所述参考光纤的中间段作为相位补偿监测区域。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的基于参考光纤相位补偿的光时域反射系统，其特征在于，所述待测光纤...
【专利技术属性】
技术研发人员：王本章，张宇鹏，全栋梁，叶先磊，赵雄涛，
申请(专利权)人：中国航天科工飞航技术研究院中国航天海鹰机电技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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