[发明专利]基于双声光调制器的光时域反射仪及其共模抑制方法

说明书

技术领域

本发明涉及光时域反射仪，尤其涉及一种基于双声光调制器的光时域反射仪及其共模抑制方法。

背景技术

相位敏感型光时域反射仪(以下简称Phase-OTDR)是一种基于瑞利散射的分布式光纤传感器，能对传感光纤沿线的外界动态物理量进行远程监测。Phase-OTDR需要采用窄线宽(小于10KHz)和极小频率漂移的激光器作为光源，通过探测光脉冲宽度区域内光纤中背向瑞利散射光的干涉信号的变化进而获得扰动位置处的环境参量信息(温度、压力、振动、声音等)，并通过测量光脉冲返回时间对事件进行定位。它除了拥有分布式光纤传感器的典型优点外，还具有测量信号频带宽、定位精度指标高、探测灵敏高等特点，特别适合于长距离周界安防、石油石化天然气输送管道的安全预警、电力电缆及城市供水供气管道防挖掘监控等分布式周界安全和结构健康监测领域。

为了不断提高Phase-OTDR的性能，研究者们进行了广泛深入的研究：

Xiaoyi Bao等人于2010年[参见Y.L.Lu，T.Zhu，L.A.Chen，and X.Y.Bao，Distributed vibration sensor based on coherent detection of phase-OTDR，J.Lightw.Technol.2010，28(22)，3243-3249.]提出了在Phase-OTDR基础上引入相干探测及外差检测的方法对宽带振动或者声音信号进行定位和频谱响应测试，提升了Phase-OTDR的信噪比，系统空间分辨率为5m，频率响应可以到1kHz。该光路系统中仅使用了一个声光调制器进行移频和探测脉冲生成，实验测试局限于定性测量扰动信号的振幅和频率信息，没有定量获得光纤扰动位置的相位信息。

饶云江等人于2007年[参见基于大功率超窄线宽单模光纤激光器的Φ-OTDR光纤分布式传感系统[J].光学学报,2007,28(3):569-572.]提出了一种基于大功率超窄线宽单模光纤激光器的Phase-OTDR传感系统，该传感系统定位精度可达到50m，定位范围14km，信噪比为12dB。由于该传感系统采用直接探测的方法，空间分辨率较低，也无法实现相位信息的定量测量。

周俊等人于2011年[参见光频分复用相位敏感光时域反射计，发明专利，申请号：201210124995.3]提出了基于光频分复用和数字相干检测的Phase-OTDR技术，可以提取瑞利散射信号的振幅和相位信息，进而获得光纤沿线的扰动。该专利技术方案利用相位调制器产生多个频率分量进行复用测量，并使用了一个声光调制器进行移频和光脉冲生成，对于数据采集及信号后处理的采样率及数据并行处理硬件性能指标要求较高，采集卡的采样率需要高达500MHz以上，这对硬件电路的设计提出了十分苛刻的要求，不利于相位测量系统的噪声抑制。

发明内容

本发明的目的在于进一步提升相位敏感型光时域反射仪的系统性能指标，降低测量信号中的相位噪声。

本发明为达到发明目的所采用的技术方案是：

提供一种基于双声光调制器的相位敏感型光时域反射仪的共模抑制方法，包括以下步骤：

激光器输出频率为ω+Δω的光信号，其中激光器产生的频率噪声为Δω；

将激光器输出的光信号分为两路光信号，将第一路光信号经过一个声光调制器进行调制，调制后的频率变为ω+Δω+f1+Δf1，第二路光信号经过另一个声光调制器进行调制，调制后的频率变为ω+Δω+f2+Δf2；

对两路光信号进行直接拍频，以消除激光器的频率噪声Δω，生成频率为(f1-f2)+(Δf1-Δf2)的参考信号；

第一路光信号经放大后进入传感光纤，传感光纤的背向散射光的频率为ω+Δω+f1+Δf1+ΔΦ，其与第二路光信号经过拍频后得到频率为(f1-f2)+(Δf1-Δf2)+ΔΦ的测量信号；

采集所述测量信号与所述参考信号，并进行相位解调，以对参考信号和测量信号进行相位比较，获得待测信号ΔΦ。

本发明还提供了一种基于双声光调制器的相位敏感型光时域反射仪，包括：

激光器，输出光信号，该光信号中包含激光器产生的频率噪声；

分光器件，将激光其产生的光信号分为第一路光信号和第二路光信号，其中第一路光信号注入传感光纤；

第一声光调制器，与分光器件连接，对第一路光信号进行声光调制；

第二声光调制器，与分光器件连接，对第二路光信号进行声光调制；