[发明专利]一种应用于分布式光纤应变解调的泵浦光信噪比提升装置及方法

说明书

本发明涉及一种应用于分布式光纤应变解调的泵浦光信噪比提升装置及方法，泵浦光信噪比提升装置包括：第一调制器、第一零点偏压控制器、第一保偏耦合器、保偏放大器、第二调制器、第二零点偏压控制器、第二耦合器、信源。泵浦光信噪比提升方法包括以下步骤：(1)整形：对泵浦光波形实现脉冲序列的整形和保偏输出；(2)放大：对泵浦光信号功率进行放大提升和保偏输出；(3)斩波：通过斩波技术实现泵浦光信噪比的提升。与现有技术相比，本发明可有效提高泵浦光信噪比，适用性更好、成本可控、噪声抑制性强等优点。

技术领域

本发明涉及分布式光纤布里渊应变和温度传感器，属于分布式光纤传感技术领域，主要是一种应用于分布式光纤应变解调的泵浦光信噪比提升装置及方法。

背景技术

分布式光纤传感是一种新型传感方法，其中光纤作为传感介质，将其布设于物体表面或内部，可测得物体表面或内部的应变及温度分布情况。与传统监测手段相比，分布式光纤传感技术具有：

(1)可准确给出每个传感光缆所及的任何位置点处的应变情况，避免因理论建模推算引起的误差。

(2)可对结构体的应变情况进行准确定位，方便排查异常应变处的受力情况，排查故障。

(3)采用通讯光缆，使传感器的成本大幅下降。

(4)一旦光缆受到破坏，方便用OTDR等技术对光缆受损位置进行定位并维修。

(6)与电阻式、振弦式等非光纤监测方案比，分布式光纤应变监测系统，实现了光电分离，传感端无电，故抗电磁干扰能力强，适用于煤矿、油田、电厂、炼油厂、炼钢炉等防爆、辐射、高温、危险场所。

分布式光纤传感技术的核心部件是解调仪，其作用是向光纤两端输入两束光，并将光纤中返回的散射信号解算成应变和温度变化。当泵浦光和探测光两束光在光纤中相遇，当频率差在布里渊频谱内，会产生布里渊散射效应，探测光强被泵浦光所改变。若对探测光进行扫频，则可测得光纤中每一个位置点的布里渊频谱特性。由于布里渊频谱与光纤所受应力、温度在一定范围内呈线性关系，故通过测量布里渊频谱，可以推算出光纤每一个位置点处的应变、温度分布。

由于布里渊散射光信号的信号比泵浦光低20dB，一般在-40dBm以下，而一般探测器的入射光功率门限在-45dBm以上，导致散射光信噪比较低，给后端解调造成困难。偏振涨落也会引入附加噪声。此外，受调制器线性工作点的限制，泵浦光时域噪声中常混有泵浦光，使散射光信噪比进一步劣化。而调制器受温度等环境因素影响，工作点可能发生漂移，导致泵浦光的信号部分和噪声部分的功率可能波动，影响散射光信噪比。

国内在解调仪方面形成的专利中，专利CN200710156868采用拉曼放大技术提升泵浦光功率，但泵浦光时域噪声也同步提升，且引入拉曼噪声，限制了泵浦光信噪比的提升，方案中引入拉曼放大子系统，提高了整机成本。专利CN201310124500采用脉冲编码和相干检测相结合，提升探测器功率门限，但引入编码噪声，提升检测成本，使解码复杂度提高。专利CN201610953109采用脉冲对提升泵浦光的输入水平，但脉冲对的时基抖动需要精确控制，且需要对两个脉冲的波形进行准确调理，增加解调难度。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种应用于分布式光纤应变解调的泵浦光信噪比提升装置及方法，通过种子光路部分保偏实现偏振涨落噪声抑制，通过对调制器偏压进行零点控制从而抑制功率波动和噪声功率，通过放大斩波提升泵浦光的信号部分功率并压低噪声部分的功率，从而提升泵浦光信噪比。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的。一种应用于分布式光纤应变解调的泵浦光信噪比提升装置，基于放大斩波技术，包括：第一调制器、第一零点偏压控制器、第一保偏耦合器、保偏放大器、第二调制器、第二零点偏压控制器、第二耦合器、信源。

所述的第一调制器有一个光输入、一个光输出、两个电输入，光输入与光输出均为保偏光路。