[发明专利]基于布里渊放大的相位敏感光时域反射计

说明书

技术领域

本发明涉及光纤相位敏感光时域反射计，特别是一种基于布里渊放大的相位敏感光时域反射计。

背景技术

相位敏感光时域反射计是一种基于瑞利散射的新型分布式光纤传感技术，由于具有灵敏度高、可动态感测等优点，能对沿光纤线路范围内的入侵进行远程和实时动态的安全监测，受到了人们的广泛关注。它是采用窄线宽（约为KHz）和极小频率漂移的激光器作为光源，通过探测脉冲宽度区域内后向瑞利散射光的干涉信号而获得扰动位置处的各种特征物理量（振幅、相位、频率等），并通过回波时间对扰动进行定位。因此，它除了常规分布式光纤传感诸多特点外，还具有隐蔽性、定位精度高、数据处理简单等优点，特别适合于天然气、石油管道等安全监控，语音侦听，以及民用设施如桥梁、大型建筑等的健康监测。

H.F.Taylor在1993年就提出了相位敏感光时域反射计技术，该技术的问世极大提高了分布式光纤传感技术的灵敏度。但是采用的是直接探测的方法，采用强度信息作为系统的信号，信噪比差，只能进行定性传感，如周界安防等，无法进行定量分析，难以满足应用中的需求，特别是长距离传感方面。具体参见【H.F.Taylor and C.E.Lee.Apparatus and method for fiber optic intrusion sensing.U.S.Patent5,1993:194847.】。

在先技术一【周俊，潘政清，梁可桢，叶青，蔡海文，瞿荣辉，光频分复用相位敏感光时域反射计，发明专利，申请号：201210124995.3】提出了数字相干检测和频分复用技术。该相干检测方法可以有效地解调出相位信息，真实的反映光纤受扰动的变化，从根本上提升了系统准确度和可靠性，实现了定量分析。频分复用技术则解决系统技术中干涉衰落的影响，提升了信噪比。不过没有考虑在长距离传感中的应用。

在先技术二【饶云江,吴慧娟,王杰,贾新鸿,一种超长距离相敏光时域反射系统,专利号：201210193337.X】采用掺铒光纤放大器和拉曼放大方法，提升了单段探测光纤长度，解决了中继放大施工复杂的问题。但是，拉曼放大的增益带宽大，引入噪声大，泵浦功率阈值高。

发明内容

为了克服上述在先技术的缺点，本发明的目的在于提出一种基于布里渊放大的长距离相位敏感光时域反射计，以期突破目前相关长距离相位敏感光时域反射计领域发展所面临的低能量利用率、高泵浦功率、中继放大施工不便等瓶颈问题。

本发明的技术解决方案如下：

一种基于布里渊放大的相位敏感光时域反射计，包括传感光纤，其特点在于还包括三个光路，第一光路为探测光路，第二光路为泵浦光路，第三光路为本地光路，第二光路的光与第三光路的光源于同一激光器，第一光路的光的频率与第二光路的光的频率差异等于所述的传感光纤的布里渊散射频移；

第一光路包括：连续的窄线宽激光器发出的光，经过第一光放大器、第一光耦合器分为两路：一路光由第一光耦合器的第一输出端输出后，依次经第二光放大器、第一光光调制器、第三光放大器、环行器第1端输入第2端输出注入传感光纤中；另一路光则由所述的第一光耦合器的第二输出端输出形成第三光路；

第二光路的光源及依次的第二光光调制器、第四光放大器、第一单向器形成第二光路；该第二光路的泵浦光经单向器注入传感光纤中进行泵浦，第一光路的探测光经环行器第1端输入第2端输出注入所述的传感光纤中，并与第二路光在所述的传感光纤中相互作用，进行布里渊放大，所述的探测光的后向瑞利散射光经所述的环行器的第3端输出，后与第三光路的光进入第四光纤耦合器，该第四光纤光耦合器的两个输出接双平衡探测器的两个输入端，该双平衡探测器的输出端接数据采集与处理系统的第一输入端，控制系统的第一输出端接第一光调制器的同步信号端，控制系统的第二输出端接第一光调制器第二光调制器的同步信号端，控制系统的第三输出端接所述的数据采集与处理系统的第二输入端，该数据采集与处理系统的输出端接计算机的输入端。

第二光路可以通过移频、锁频多种方式获得。

所述的泵浦方式为同向泵浦、反向泵浦或双向泵浦。

所述的第二路光与所述的第一路光从所述的传感光纤的同一端注入；第二路的光源由所述的连续的窄线宽激光器的光进行上频移获得。

所述的第二路光和第一路光从所述的传感光纤的不同端注入；第二路的光源由所述的连续的窄线宽激光器的光进行上频移获得。

所述的第二路光和第一路光从所述的传感光纤的不同端注入；第二路的光源是对第二激光器进行锁频获得。