[发明专利]相位敏感式光时域反射传感系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及到一种光纤传感领域，涉特别及到大动态范围的相位敏感式光时域反射传感系统及方法。

背景技术

相位敏感式光时域反射仪(Φ-OTDR)通过探测后向瑞利散射光的干涉信号的变化而获取扰动信号，并通过回波时间对事件定位。它在国外一直受到持续的关注和研究，早在1993年，H.F.Taylor就提出了相位敏感式Φ-OTDR技术，通过提高后向瑞利散射光的干涉效果，获得比普通OTDR更高的灵敏度，适合于探测微弱的扰动信号。一直到2005年，J.C.Juarez等人采用掺铒光纤结合F-P腔构成光纤激光器，输出激光线宽小于3KHz，可以在12km的光纤上探测出人的地面入侵情况并能够定位，并用于周界报警监测。

近年来，随着超窄带光源技术的出现，使得Φ-OTDR技术得以继续发展，基于超窄带光源的Φ-OTDR技术具有检测灵敏度高、系统信号处理简单、测量速度快、定位准确、测量距离较长、信噪比高、成本低等优点，因此在安全防护技术中成为一种有竞争力的选择。

由于Φ-OTDR系统的传感距离与注入光纤的脉冲光功率有关，要提高系统的传感距离就要增加脉冲功率。但当传感距离比较长时，光纤的后向瑞利散射信号会有很大的动态范围，以普通单模光纤损耗0.2dB/km计算，当传输距离超过100km时，光强来回损耗超过40dB。这就为大动态范围的相位敏感式光时域反射传感系统的研究带来了诸多困难，如何提高它的动态范围和测量长度，有些专利中提出过一些方法。例如专利CN1330265A中通过控制光源发射不同功率脉冲光，来探测不同距离出的散射信号。这种方法每个脉冲只能测一段距离，要完整的将光路测完，需要多个脉冲，大大提高了测量时间，对实时性要求不高的场合是可以使用的。在专利CN101660944A和CN101603856A中提出了一种分时接收的方法来提高探测端的动态范围，既通过将一个脉冲周期内的散射光分为不同的时间段用不同的探测器来接收，再将接收到的信号整合。这种方式需要非常精密的设计和严格的控制，也不适合实际应用。

发明内容

为了解决现有技术中的不足，本发明提供了一种大动态范围的相位敏感式光时域反射传感系统及方法，可实现大动态范围长距离光信号采集和测量。

本发明的目的是通过以下技术方案得以实现的：

相位敏感式光时域反射传感系统，包括光源、传感光纤；所述传感系统进一步包括：

第一光源，所述第一光源用于发射波长为λ₁、功率为P₁的光，

第二光源，所述第二光源用于发射波长为λ₂，λ₂≠λ₁、功率为P₂，P₂≠P₁的光；

第一耦合器，所述第一耦合器用于将所述第一光源和第二光源发出的光耦合进所述传感光纤；

第二耦合器，所述耦合器用于将传感光纤中的散射光信号耦合进分光模块；

分光模块，所述分光模块用于从接收到的光信号分离出分别对应于波长λ₂、λ₂的入射光的散射光信号，并传送到探测器模块；

探测器模块，所述探测器模块用于将分离后的散射光信号转换为第一信号、第二信号，并传送到信号处理模块；

信号处理模块，所述信号处理模块用于处理接收到的第一信号和第二信号，从而获知所述传感光纤的感知信息。

根据上述的分布式光纤传感系统，优选地，所述分光模块是光栅或滤波器或棱镜。

根据上述的分布式光纤传感系统，优选地，所述第一光源发出的光的波长λ₁为1310nm，第二光源发出的光的波长λ₂为1550nm。

根据上述的分布式光纤传感系统，优选地，所述光源为脉冲光源。

根据上述的分布式光纤传感系统，可选地，所述传感系统进一步包括：

光调制器，所述光调制器用于将所述光源发出的连续光调制为脉冲光；

驱动模块，所述驱动模块的输出端连接所述光调制器；

所述光源为连续光源。

本发明的目的还通过以下技术方案得以实现：

相位敏感式光时域反射传感方法，所述方法包括以下步骤：

(A1)不同功率、不同波长的两束不同入射脉冲光进入感知外界信息的传感光纤中，产生的散射光进入耦合器；

(A2)耦合器将所述散射光耦合进分光模块；