[发明专利]提高分布式光纤布里渊传感器信号信噪比的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及光纤传感器，特别是一种提高分布式光纤布里渊传感 器信噪比的方法。

背景技术

分布式光纤传感器由于具有抗电磁干扰能力强、电绝缘性好、可 分布传感等诸多优点，在国防、工业等领域具有广阔应用前景。基于 传感光纤中自发布里渊散射的分布式光纤传感器传感距离长，能够同 时进行温度和应变的传感。该分布式光纤传感器在大型结构如堤坝、 隧道、电缆等领域具有广泛的应用基础。传感光纤中后向布里渊散射 光的信噪比是该传感器的一个重要参数，从根本上影响传感器的各项 技术指标，包括传感范围、空间分辨率、分辨精度等【参见：Tsuneo Horiguchi,KaoruShimizu,ToshioKurashima,MitsuhiroTatedaand YaheiKoyamada.Developmentofadistributedsensingtechniqueusing Brillouinscattering.JournalofLightwaveTechnology,1995,13(7), 1296-1302.】。因此，提高传感系统的信噪比是至关重要的。

目前提高光纤中后向自发布里渊散射信号信噪比的方法主要有 以下几种：

在先方案之一是对布里渊散射信号多次平均【参见：孙安，基于 高频微波技术的分布式光纤传感器布里渊散射信号的探测[J].中国 激光,2007,43(4),503-506.】。该方案中对后向散射的布里渊信号进行 了2⁸次平均。和单次探测的布里渊散射信号相比，虽然平均后得到的 信号信噪比增加，但是计算过程耗时太长。

在先方案之二是应用非矩形脉冲技术【参见：YunqiHao,QingYe, ZhengqingPan,HaiwenCai,RonghuiQu.Effectofmodulatedpulse formatonspontaneousBrillouinscatteringspectrumandBOTDRsensing system.Optics&LaserTechnology,2013,46:37-41.】【参见：YunqiHao, QingYe,ZhengqingPan,HaiwenCai,RonghuiQu.Analysisof spontaneousBrillouinscatteringspectrumfordifferentmodulatedpulse shape.Optik.2013,2417-2420.】。该方案中采用洛伦兹形状的脉冲注入 传感光纤，和矩形脉冲所产生的自发布里渊散射信号的信噪比相比， 对于100ns的脉冲宽度而言，信噪比提高大约5dB。该技术的本质是 非矩形脉冲的谱分布具有较小的旁瓣，能量较为集中。但是相邻脉冲 之间具有一定的重叠，该重叠部分对应的自发布里渊散射信号的叠加 对自发布里渊散射传感系统的传感事件分辨能力有一定的影响。

在先方案之三是采用相关编码技术【参见：李永倩,程效伟.格 雷互补序列在BOTDR中的应用研究及性能分析[J].华北电力大学 学报(自然科学版),2008,35(01):93-97.】。该技术采用格雷补码脉冲编 码方式，该补码序列具有理想的自相关和互相关特性。文中进行了 256位格雷码对应的布里渊散射信号研究，实验效果和理论一致。但 是该编码方式的解码过程需要进行相关运算，解码过程比较复杂。

在先方案之四是采用Simplex编码方式【参见：YunqiHao,Qing Ye,ZhengqingPan,HaiwenCai,RonghuiQu..Digitalcoherentdetection researchonBrillouinopticaltimedomainreflectometrywithSimplex pulsecode.ChinesePhysicsB.2014,23(11):1107031-5.】。按照 Simplex矩阵的格式，采用Simplex编码技术产生脉冲序列，注入到 传感光纤中。和单个脉冲注入相比，布里渊散射信号的信噪比增加， 编码信噪比增加和编码位数有关。但是编码过程和后继的解码过程比 较复杂，且测量过程耗时较长。

发明内容