[发明专利]一种异频双脉冲COTDR传感装置和方法

权利要求书

1.一种异频双脉冲COTDR传感装置，其特征在于，该装置包括光源(1)、1×2耦合器(2)、调制信号产生装置(3)、移频脉冲调制器(4)、掺铒光纤放大器(5)、光纤环行器(6)、传感光纤(7)、光混合器(8)、第一、第二光电探测器(9)、(10)以及信号采集和解调装置(11)；其中：所述光源(1)输出端与所述1×2耦合器(2)的输入端连接；所述1×2耦合器(2)包括两路输出：一路连接至所述移频脉冲调制器(4)的输入端；所述移频脉冲调制器(4)的输出端连接至掺铒光纤放大器(5)的输入端；所述掺铒光纤放大器(5)的输出端连接至光纤环行器(6)的输入端；所述1×2耦合器(2)的另一路输出端连接至所述光混合器(8)的一路输入端，所述光混合器(8)的该路输出端连接至所述第二光电探测器(10)的输入端；再经所述第二光电探测器(10)的该路输出端连接至信号采集和解调装置(11)；所述光纤环行器(6)的一路输出端连接至所述光混合器(8)的另一路输入端，所述光混合器(8)的另一路输出端连接至所述第一光电探测器(9)；再经所述第一光电探测器(9)的另一路输出端连接至信号采集和解调装置(11)；

所述调制信号产生装置(3)与所述移频脉冲调制器(4)连接；

所述光纤环行器(6)的另一路输出端与传感光纤(7)连接；

其中：

所述光源(1)，用于提供系统所需长相干长度的激光输出；

所述1×2耦合器(2)，用于将连续激光器发出的激光分成两路，一路经过移频脉冲调制器产生信号光，一路作为本地参考光；

所述调制信号产生装置(3)，产生异频双脉冲调制信号；

所述移频脉冲调制器(4)，用于调制产生异频双脉冲光信号；

所述掺铒光纤放大器(5)，用于放大经过调制产生的信号光，增益10～30dB，满足长距离探测的要求；

所述光纤环行器(6)，用于将信号光输入传感光纤并将反射回的信号光输入到解调光路中；

所述传感光纤(7)，用于感受声波振动信号和传输光信号；

所述光混合器(8)，用于实现相干探测，输入为反射的瑞利散射信号光和本地参考光；

所述第一、第二光电探测器(9)(10)，用于接收光混合器输出的信号，输出相应数字电压信号；

信号采集和解调装置(11)，用于采集光电探测器输出数字电压信号，并处理数据。

2.一种异频双脉冲COTDR传感方法，其特征在于，该方法具体包括以下流程：

步骤一、光源发出频率为f₀的连续激光，经过1×2耦合器分为本地参考光和信号光两路光；信号光经过由调制信号产生装置控制的移频脉冲调制器，被调制成光频率分别为f₀+f₁和f₀+f₂、宽度分别为W₁和W₂、脉冲间隔为W₀的异频双脉冲，其中f₁、f₂分别为两个脉冲的移频频率；

步骤二、异频双脉冲先后经过掺铒光纤放大器放大和光环行器，然后被注入传感光纤中，在经过的传感光纤中发生后向瑞利散射，后向瑞利散射沿传感光纤返回含有用于解调相位信息φ_1(t)、光频率为f₀+f₁的光信号和用于解调相位信息φ_2(t)、光频率为f₀+f₂的光信号，一同经过光环行器返回，之后，到达光混合器，与本地参考光混合干涉；

步骤三、一同返回的两种频率的光信号，在光混合器中分别与本地参考光发生混合干涉，由光混合器输出I信号和Q信号，分别为：

I信号：

Q信号：

其中，A_1(t)、A_2(t)分别为两个脉冲后向瑞利散射光与参考光的拍频信号强度，分别为两个脉冲的相位信息，A_1(t)，A_2(t)，均为随时间t变化的函数；

步骤四、光信号光电探测器接收转化成电压信号并由信号采集和解调装置进行解调处理，该解调处理包括：I、Q信号分别经过数字滤波，得到信号和

按计算得到中间结果按计算得到中间结果再按照计算得到两脉冲相位差的微分最后经过积分得到传感光纤各处的两脉冲相位差从而得到传感光纤各处受到振动情况。