[发明专利]基于快速傅立叶变换的布里渊光时域反射测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及对应变与温度进行全分布式测量的分布式光纤传感系统，具体为利用光纤中的布里渊散射来实现应变与温度全分布式测量的一种基于快速傅立叶变换的布里渊光时域反射测量方法。

背景技术

全分布式光纤传感技术以整条光纤为传感元件，利用光纤中的散射现象，可实现对传感光纤上待测物理量(应变、温度等)随时间和空间变化的连续分布测量。较以点式传感器阵列为基础的准分布式光纤传感技术，全分布式光纤传感技术具有更广阔的应用前景。布里渊光时域反射仪(Brillouin optical fiber time domain reflectometry，BOTDR)是一种基于布里渊散射的全分布式光纤传感系统，它利用传感光纤中后向布里渊散射光的频移随应变和温度成线性变化的关系，结合光时域反射技术，可实现对应变或温度的全分布式测量。由于布里渊光时域反射仪具有单端测量、空间分辨率高、传感距离长等优点，已经在很多结构监测中得到了应用。

在布里渊光时域反射测量中，为了获得传感光纤上各位置处的应变或温度，必须先向传感光纤中注入一束探测脉冲光，然后在光纤的同一端测量各位置处的后向布里渊散射光的频移。接收端光电探测器在不同时刻获得的散射光谱，与光纤上不同位置处的布里渊散射光一一对应。布里渊散射光的频移定义为布里渊散射光谱峰值处的频率与入射脉冲光频率的差值，普通单模光纤中布里渊散射光的频移约为11GHz。布里渊散射光谱为洛伦兹型，其半峰全宽一般为数十兆赫兹。为获得某位置处布里渊散射光的频移，需要先探测该位置处的布里渊散射光谱，然后对探测到的布里渊散射光谱进行洛伦兹拟合，获得散射光谱峰值处的频率值，再结合已知的探测脉冲光频率，即可得到待求的布里渊散射光的频移。利用布里渊散射光的频移与应变变化或温度变化的线性关系，再经过系统标定，即可获得传感光纤上任一位置处的应变或温度信息。

由于布里渊散射光谱的频率高达10¹⁴Hz数量级，一般采用光学外差相干方法把布里渊散射光谱信号的频率降至光电探测器可以响应的射频或中频频率范围进行探测。布里渊散射光谱的频率范围由光频降至射频或中频频段，但其频谱形状保持不变。相应地，我们称之为布里渊散射谱。可在射频或中频域探测布里渊散射谱后，根据光学相干中的频率对应关系，获得待求的布里渊散射光谱。