[发明专利]用于Φ-OTDR的一种被动零差解调装置及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种分布式光纤传感和一种Φ-OTDR；还涉及一种被动零差解调的方法，特别是一种利用低成本的PZT压电陶瓷进行光纤相位调制检测分布式传感中背向瑞利散射光相位的检测装置及其检测方法。

背景技术                                                               

分布式光纤传感技术是利用一根光纤作为延伸的传感元件，光纤上的任意一段既是传感单元，又是其它传感单元的信息传输通道，因而可获得被测量沿此光纤在空间和时间上变化的分布信息。它消除了传统传感单元存在的传感“盲区”，从根本上突破了传统的单点测量限制。其中光时域反射技术OTDR是目前发展最为成熟的光纤分布式传感技术，广泛应用于光纤通讯中光链路的损耗、断点、微弯检测。但其由于传感灵敏度不高，难以检测进行如温度、应变和振动的扰动传感。在光时域反射技术发展出偏振敏感的光时域反射技术（P-OTDR)和相位敏感的光时域反射技术(C-OTDR或phase-OTDR)。美国Texas A&M大学的Juan C. Juarez利用C-OTDR和P-OTDR实现了10km的分布式扰动传感系统，并在地埋光缆的扰动测试工程化应用。加拿大渥太华大学的Yuelan Lu和Xiaoyi Bao等人利用C-OTDR技术实现了测试距离1km，空间分辨率5m的振动传感器。

H.F.Taylor在1993年提出了相位敏感的Φ-OTDR技术，该技术的问世大大的提高了分布式光纤传感技术的灵敏度，也为该技术的进一步发展和应用提供有力的技术支持和信心。Φ-OTDR主要采用脉冲光，以此对光源线宽的要求非常高。随着光纤放大器和光纤激光器技术的不断成熟和发展，使得激光器线宽不断减小，Φ-OTDR技术进入工程化应用阶段。Φ-OTDR以检测光纤中瑞利散射光为原理，通过瑞利散射光相位的变化反应外界振动和温度变化等，瑞利散射光的检测方法分为外差检测和零差检测，外差检测主要采用声光或电光移频器对参考光进行频移，采用声光移频器，性能稳定，但是调制带宽有限，价格昂贵，采用集成电光移频器调制频率高，但性能随着温度和环境变化而变化。

发明内容

本发明要解决的具体技术问题是通过带相位调制度测量改进的PGC算法实现对Φ-OTDR传感光纤中瑞利散射光相位的被动零差检测，并提供一种价格低廉，灵敏度高，性能稳定的用于Φ-OTDR的一种被动零差解调装置及其方法。

本发明所提供的用于Φ-OTDR的一种被动零差解调装置，包括压电陶瓷、光纤耦合器、光电探测器、分析控制模块和压电陶瓷驱动器模块；其特征是： 

通过压电陶瓷驱动器模块驱动PZT拉伸光纤进行相位调制，使得光纤中传输的本地参考光相位发生正弦变化，本地参考光与Φ-OTDR光纤传感系统传感光纤中的后向瑞利散射光在光纤耦合器中发生干涉，干涉信号通过光电探测器接收后传输给分析控制模块，分析控制模块测量控制光纤压电陶瓷驱动器相位调制度的同时对分布式Φ-OTDR光纤传感系统传感光纤中的后向瑞利散射光相位进行解调，构成一种用于Φ-OTDR的被动零差解调装置。

本发明一种用于Φ-OTDR的一种被动零差解调装置的解调方法，其所述解调方法是通过带相位调制度测量改进的PGC算法，实现对Φ-OTDR传感光纤中瑞利散射光相位的被动零差检测；通过PZT进行相位外调制，瑞利散射光与本地参考光干涉信号通过贝塞尔函数进行展开，通过分析贝塞尔函数展开后的各次谐波项幅度的大小，进而分析得到相位调制度，进一步求解瑞利散射光相位。

实现本发明上述的用于Φ-OTDR的一种被动零差解调装置及其方法，与现有技术相比，本发明解调装置结构简单，灵敏度高，性能稳定；本发明方法通过带相位调制度测量改进的相位载波生成PGC算法，实现了对Φ-OTDR传感光纤中瑞利散射光的被动零差检测，通过压电陶瓷PZT进行外调制，简化了检测方法，极大的降低了分布式Φ-OTDR光纤传感系统的运行成本，可广泛应用于光纤水听器、公共安全、地面入侵检测和故障定位等领域。

附图说明

图1是本发明用于Φ-OTDR的一种被动零差解调装置结构图。

具体实施方式      

下面对本发明的具体实施方式作出进一步的说明。