[发明专利]基于Bark序列的BOTDR系统及其长距离探测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于Bark序列的BOTDR系统及其长距离探测方法，属于分布式光纤传感技术领域。

背景技术

基于布里渊散射的布里渊光时域反射计(Brillouin Optical Time-Domain Reflectometry,BOTDR)作为分布式光纤传感器的一种，具有分辨率高、误差小、传感光纤布设简单、成本低、容易实现。利用光纤中布里渊频移与光纤某位置所受应变或温度的关系，可用在电力行业，水利行业和土木建筑行业，建筑桥梁及其他混凝土结构裂变的监测，大型民用工程的结构健康监测，交通公路、地铁隧道行业，石油天然气行业故障点的检测。当传感光纤存在轴向应变或者温度变化时，光纤中的背向布里渊散射光的频率相对于注入的脉冲光频率将发生频移，布里渊散射光频率的频移量与光纤所受的轴向应变和温度变化呈良好的线性关系。利用这一关系可以实现温度和应变的传感测量。

巴克序列(Barker Sequences)，是一种有限长的非周期序列信号单元，也称其为Bark序列。巴克序列元素的取值为“+1”或者“-1”。巴克序列具有良好的自相关特性以及与其他普通序列良好的互相关性。它是信号设计中的优选信号单元之一，其应用十分广泛。

传统的BOTDR系统一般采用单脉冲直接探测的方法，系统的空间分辨率和动态范围在一定程度上由脉冲的宽度决定。脉冲宽度较宽时，脉冲的总能量较大，可以得到较好的动态范围，但是空间分辨率会下降，很难探测到较小事件点。而脉冲宽度较窄时，空间分辨率得到提升，由于脉冲自身能量下降，动态范围降低。所以传统的BOTDR系统在空间分辨率和动态范围这两个关键技术上是以一对矛盾。现有的基于编码技术的BOTDR系统，如Gloay和Simplex技术在一定程度上可以解决空间分辨率和动态范围之间的矛盾，但Gloay和Simplex技术没有较好的峰平比，由于自发布里渊受激阈值的存在，使系统更加容易达到受激阈值，动态范围并没有得到较好提升。在实际工业应用中Gloay和Simplex技术在得到一组数据的时间和存储空间开销存在较大缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种基于Bark序列的BOTDR系统及其长距离探测方法，目的是利用Bark序列的自相关特性，并且通过相干扫频的方式进行探测，获取布里渊频谱在光纤中的分布，利用温度、应力与布里渊频移关系来实现温度和应力的传感，在不降低系统的空间分辨率的条件下提高布里渊光纤传感器的信噪比，从而提高探测距离。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种基于Bark序列的BOTDR系统长距离探测方法，包括以下步骤：

步骤A、将连续光分成一路作为探测光的连续光和另一路作为相干本振光的连续光；

步骤B、首先生成一组双极性Brak序列，将所述双极性Bark序列分成两组单极性Bark序列；再对所述作为探测光的连续光利用一组单极性Bark序列控制电场进行光强度调制，调制后获得一组单极性Bark序列的光脉冲信号；

步骤C、将所述单极性Bark序列的光脉冲信号放大后注入光纤,以获得沿光纤分布的后向布里渊散射光信号；将根据作为相干本振光的连续光获得的本振光信号与所述后向布里渊散射光信号耦合相干获得布里渊散射光信号，经光电转换得到布里渊散射电信号后，进行扫频、滤波放大获得后向布里渊散射电信号AH_k；

步骤D、将步骤B中另一组单极性Bark序列重复步骤B和步骤C，以获得后向布里渊散射电信号NAH_k；

步骤E、将所得的后向布里渊散射电信号AH_k和NAH_k进行相关，获得沿光纤分布的布里渊散射功率曲线；根据所述布里渊散射功率曲线获取沿光纤分布每一点处的布里渊频移，再根据布里渊频移得到光纤周围温度或应变的变化。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：步骤E中对所述布里渊散射功率曲线进行寻峰获取每一点处的布里渊频移，具体为：

步骤E-1、将在所述布里渊散射功率曲线上取一段连续点的布里渊功率谱相加求平均，作为标准数据；

步骤E-2、将所述布里渊散射功率曲线上每一点处的布理渊功率谱与所得标准数据做相关运算，得到沿光纤每一点处的布理渊功率谱与标准数据的相关程度；

步骤E-3、选取所述相关运算结果中相关程度最高的点，即为每一点的布里渊频移。