[发明专利]增强型相干光时域反射的传感检测方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及分布式光纤传感监测技术领域，尤其涉及一种增强型相干光时域反射的传感检测方法及装置。

背景技术

由于光纤传感器具有监测距离长、组网方便、抗电磁干扰、现场无源等优点，比电类传感器具有更广阔的应用前景。其中分布式光纤传感技术利用传感光纤的易于远传组网特性，可以实现大规模的无源传感网络，非常适合对长距离分布式监测对象的环境状态信息的安全监测及管理，目前已经应用于油气管线的安全预警及城市电缆隧道的环境扰动信息监测等工业领域。相干光时域反射技术作为分布式光纤传感系统中的一种，目前可以应用于通信光缆链路可靠性监测及分布式环境振动信息提取等应用领域，由于该种技术利用的是光纤中的背向瑞利散射信号作为信号光，导致系统的信噪比较差，对信号的探测与解调造成极大的难度。

现有相干光时域反射技术中存在的信噪比低、信号重复性及一致性差、后续模式识别算法开发困难等方面的问题，限制了光纤传感器网络技术的发展速度。

发明内容

为解决现有相干光时域反射技术中存在的信噪比低、信号重复性及一致性差、后续模式识别算法开发困难等方面的问题，本发明提供一种增强型相干光时域反射传感方法及装置，实现了具有较高信噪比的监测系统，且监测信号具有较好的复现性和可靠性，并进一步降低了后续相关数据处理机模式识别算法的开发难度。

为了达到上述发明目的，本发明采取以下技术方案：

提供一种增强型相干光时域反射的传感检测方法，包括以下步骤：

将激光转换为探测光脉冲信号；

将探测光脉冲信号进行放大，放大后的光脉冲信号通过环形器传导给传感光纤；

将传感光纤中返回的光信号分离为两个正交偏振态的光，并将其分别与参考光信号中对应的偏振态信号进行相干叠加；

通过两个光电探测器分别采集相干叠加后的两个偏振态的光，生成两路探测信号送入信号采集处理器；

信号采集处理器对送入的探测信号进行模数转换，并将两路信号合成一路不受信号光偏振态变化影响的探测信号，并对该探测信号进行强度及相位信息的提取，得到待测信息量。

本发明所述的方法中，放大后的光脉冲信号在传感光纤中传输时，通过传感光纤内的周期性局部反射增强结构增强光的反射率。

本发明还提供一种增强型相干光时域反射装置，包括：

光源模块，用于提供相干性较好的激光；

声光开关，用于将激光转换为探测光脉冲信号；

光放大器，用于将探测光脉冲信号进行放大；

环行器，用于将放大后的光脉冲信号传导给传感光纤，并使得反射信号光进入探测光路中的偏振分束合束器；

传感光纤，用来感知外部环境信息，其内部具有周期性局部瑞利反射增强结构；

偏振分束合束器，用于将传感光纤中返回的光信号分离为两个正交偏振态的光，并将其分别与参考光信号中对应的偏振态信号进行相干叠加；

两个光电探测器，用于分别采集相干叠加后的两个偏振态的光，生成两路探测信号送入信号采集处理器；

信号采集处理器，用于对送入的探测信号进行模数转换，并将两路信号合成一路不受信号光偏振态变化影响的探测信号，并对该探测信号进行强度及相位信息的提取，得到待测信息量。

本发明所述的装置中，所述传感光纤为纤芯内设有周期性局部瑞利反射增强结构的单模光纤。

本发明所述的装置中，传感光纤中设置的周期性局部反射增强结构的数量根据系统性能指标进行设定。

本发明所述的装置中，周期性局部反射增强结构通过紫外光刻或飞秒激光加工而成。

本发明所述的装置中，所述光电探测器为PIN型光电探测器。

本发明产生的有益效果是：本发明通过联合使用偏振分束合束器和两个光电探测器，将光分为两个不同的偏振态光，然后再将两路偏振态光合并为一路不受光偏振态变化影响的探测信号，可有效抑制相干光路中受传感光纤中返回的探测光信号的偏振态变化导致的偏振衰落现象。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例增强型相干光时域反射装置结构示意图；

图2是本发明实施例增强型相干光时域反射的传感检测方法流程图；

图3是本发明实施例纤芯内设有周期性局部反射增强结构的单模光纤示意图。

具体实施方式