[发明专利]一种基于POTDR的测扰动的系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于POTDR的测扰动的系统，通过引入一个偏振分束器和一个偏振合束器，将探测脉冲先分成两个能量相等的正交偏振分量，再经过少量延时后合成在一起，合成的探测脉冲光经环形器由连接光纤传输后进入检偏器。检偏器设置在传感光纤的前端，探测脉冲通过检偏器后再进入光纤，光纤的背向瑞利散射光将由环形器进入雪崩探测器并通过信号分析对光纤沿线的偏振信号进行传感。通过引入耦合器和不同长度的连接光纤，可实现对多路光纤中扰动的同时测量。本发明还公开了一种基于POTDR的测扰动方法，本发明消除POTDR系统与传感光纤间连接光纤上的无关扰动对传感检测的影响，抗干扰能力强；通过多路复用，该系统可同时探测多个相互独立区域的扰动。

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，特别是一种基于POTDR的测扰动的系统及方法。

背景技术

光纤传感技术是从20世纪70年代发展而来的一门崭新的技术，随着光导纤维的实用化和光通信技术的发展，光纤传感技术以多元化的姿态迅猛发展。当光在光纤中传输时，由于光纤受外界扰动、温度、应变、位移等环境因素的影响，光信号的偏振态、功率、波长、相位等参数会发生变化。通过检测光纤中光的这些参数，就可以获得光纤周围环境的变化信息，从而实现传感。

当一束短脉冲光入射到光纤时，它沿着光纤传播并被散射到各个方向，一部分散射光沿着光纤传输并返回到入射端，这部分散射光称为背向瑞利散射光，背向瑞利散射光携带有传感光纤沿线受扰动的信息。基于瑞利散射的光时域传感技术就是通过监测光纤中背向瑞利散射光的特性来实现分布式传感的一种传感技术。

偏振光时域反射技术就是通过检测背向瑞利散射光的偏振态来实现传感的一种光时域反射技术。1980年，Rogers提出了偏振光时域反射技术(POTDR)的思想。激光器发出的光受声光调制器调制后变为脉冲光，经掺铒光纤放大器放大到一定功率后由环形器入射到待测光纤，传输过程中的背向瑞利散射光由环形器返回，通过偏振分束器检偏后被光电探测器接收。当光纤受到外界扰动时，光纤中光的偏振态将发生变化。同时，由于光脉冲在光纤中传输时发生背向瑞利散射，因此通过探测器探测背向瑞利散射光偏振态的变化，便可以得到光纤受扰动的信息。

由于光纤中光的偏振态会随着外部对POTDR连接光纤的扰动产生变化，所以POTDR系统的稳定性较差，且光在光纤中传输时，偏振态的变化是具有连续性的，若连接光纤有扰动，从待测光纤传回的瑞利散射信号将会被掩盖，传感的准确性就会受到影响。传统POTDR传感技术存在抗干扰能力差的缺陷。所以如何提高抗干扰能力，是POTDR传感系统中一个需要重点解决的难题。

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POTDR的测扰动的系统及方法，本发明提高了POTDR系统的抗干扰能力和远程测量能力。

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POTDR的测扰动的系统，包括激光模块、偏振控制器、偏振分束器、保偏光纤、偏振合束器、环形器、连接光纤、检偏器、雪崩光电探测器、采集卡和处理器；其中，

激光模块，用于将输出的完全偏振的脉冲光经偏振控制器输出至偏振分束器；

偏振分束器，用于经偏振控制器的控制，输出两路偏振态相互正交且功率相等的脉冲光；其中，一路脉冲光输出至偏振合束器；另一路脉冲光经保偏光纤输出至偏振合束器；

偏振合束器，用于将接收到的两路脉冲光进行合成，合成后的脉冲光经环形器、连接光纤、检偏器后输出至外部的传感光纤，由检偏器输出的脉冲光在传感光纤中传输产生的背向瑞利散射光反向再次通过检偏器后经环形器输出至雪崩光电探测器；

雪崩光电探测器，用于将接收到的背向瑞利散射光转换为电信号后输出至采集卡；

采集卡，用于将采集的电信号输出至处理器进行分析处理，从而得到传感光纤沿线的扰动传感信息。