[发明专利]一种基于频漂动态补偿的Φ‑OTDR增敏方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及光纤技术领域，特别是一种基于频漂动态补偿的Φ-OTDR增敏方法及装置。

背景技术

加强国境防范、提高能源安全、改善社会治安等是社会稳定、经济快速发展的基本要求。军事国防、大型工矿、民用安防等多个领域的一些重要基地设施的周界安全监测，是避免造成重大经济损失、维护社会稳定发展的有效手段。随着社会的不断发展，人们的安防意识不断提高，各种安全监测技术也在不断发展。基于光时域反射计OTDR的光纤入侵传感器系统，具有分布式、高灵敏度、监测范围广、可隐蔽、不受地形地貌限制等优势，在周界安防入侵监测方面极具潜力，已成为人们的研究热点。

相敏光时域反射仪(Phase-sensitive Optical Time Domain Reflectometry，Φ-OTDR)是在原有OTDR分布式传感器基础上发展起来的，是一种典型全分布式光纤传感技术，灵敏度高，全程无源，可连续感知传输路径上应变、振动等动态参数的空间分布和时间变化信息。

Φ-OTDR与传统型OTDR最大的不同就是采用了相干光源，并且要求光源具有窄线宽和低频率漂移特性。根据传感光纤被扰动时，后向瑞利散射光的相位会变化，经过光纤传输，到达光电检测器的干涉强度发生变化从而进行检测，由于检测信息是调制在光的相位上，系统的灵敏度相较于传统方式有了较大提高。

常见的商用光源总是存在比较明显的频率漂移现象，即使是具有高相干度的窄线宽光源。因此对光源频漂进行有效补偿就成为了提高Φ-OTDR系统对低频扰动灵敏度的关键。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种基于频漂动态补偿的Φ-OTDR增敏方法及装置，该方法在现有Φ-OTDR传感系统基础上，动态补偿光源的频率漂移所带来的瑞利背向散射光干涉特性畸变，以提升Φ-OTDR对低频微扰的检测能力。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

根据本发明提出的一种基于频漂动态补偿的Φ-OTDR增敏方法，包括以下步骤：

步骤一、采用光源输出连续光，将连续光分成两路：探测光和本振光；

步骤二、调制探测光，得到脉冲光后输入到传感光纤，获得背向瑞利散射光信号；

步骤三、将本振光与所述背向瑞利散射光信号耦合后，经光电转换得到电信号，该电信号经处理后得到光源的初始光频率f₀下的Φ-OTDR曲线，将其作为参考曲线W_ref(i-1)，初始化迭代次数i＝1；

步骤四、调谐光源的频率，对光源的频率进行线性的扫描，同时将连续光调制成Φ-OTDR探测脉冲，获取一组光频连续变化的Φ-OTDR探测脉冲序列；

步骤五、采用步骤四中获得的探测脉冲序列分别进行Φ-OTDR测量，得到一组Φ-OTDR曲线A_i，并存储；其中，

A_i＝[W_f-NΔf(t),W_f-(N-1)Δf(t),…W_f+(N-1)Δf(t),W_f+NΔf(t)]；

其中，W_f-NΔf(t)为由光频率为f-NΔf探测脉冲获得的Φ-OTDR曲线，N为脉冲的数量，t为第i次扫描的初始时间，f为第i-1次补偿后的光源频率，Δf为探测脉冲序列的光频扫描步进；

步骤六、计算W_ref(i-1)与A_i中的所有Φ-OTDR曲线之间的互相关值，获得2N+1个互相关值并将该互相关值按顺序存入数组R_i中，其中：

R_i＝[Cov[W_ref(i-1),W_f-NΔf(t)],Cov[W_ref(i-1),W_f-(N-1)Δf(t)],…Cov[W_ref(i-1),W_f+NΔf(t)]]

其中，Cov[i]为相关运算；

搜索数组R_i中的最大值，确定其在数组中的索引值，据此计算出光源频率漂移的大小Δν和方向，并将最大值对应的Φ-OTDR曲线作为新的参考曲线W_ref(i)；

步骤七、根据步骤六中求得的光源频率漂移的大小Δν和方向，调谐光源的输出光频率，补偿其频率漂移，使其重新回到光源的初始光频率f₀；