[发明专利]一种用于补偿相位敏感光时域反射计中频率漂移的二次相位差分测量方法

权利要求书

1.一种用于补偿相位敏感光时域反射计中频率漂移的二次相位差分测量方法，其特征在于，基于相位敏感光时域反射计，所述相位敏感光时域反射计包含激光器、第一耦合器、声光调制器、脉冲信号发生器、光放大器、环形器、传感光纤、第二耦合器和光电探测器；所述测量方法包括以下步骤：

步骤一、数据采集卡采集来自光电探测器的Φ-OTDR信号；

步骤二、在所述传感光纤上选取间距为D_AB的两点A、B，对相应位置处的Φ-OTDR信号进行相位解调，得到A、B两点处的相位信息，对两点处的相位信息做差，计算得到A、B两点的差分相位；

步骤三、再使A、B点保持间距不变，从传感光纤起始端开始沿传感光纤以采样间隔ΔL滑动，按照步骤二计算得到整根传感光纤上各位置处间距为D_AB的两点之间的差分相位；

步骤四、在传感光纤上不受扰动的区域选取另外两点C、D，且使点C、点D之间的距离为D_AB；对C、D两点处的相位信息做差，计算得到C、D两点的差分相位；

步骤五、对A、B两点间的差分相位与C、D两点间的差分相位作差，输出补偿频率漂移后光纤沿线散射光的相位信息。

2.如权利要求1所述的一种用于补偿相位敏感光时域反射计中频率漂移的二次相位差分测量方法，其特征在于，步骤一所述的Φ-OTDR信号来自：

所述激光器发射光信号，经所述第一耦合器分成两路信号，功率较高的一路连续光经过所述声光调制器转换为具有特定宽度和周期的探测脉冲，再经过所述光放大器进行功率补偿后进入所述环形器的第一端口，通过所述环形器的第二端口出射进入所述传感光纤；

所述传感光纤中携带有外界扰动信息的背向瑞利散射光再次经过所述环形器的第二端口，从所述环形器的第三端口出射至所述第二耦合器，与所述第一耦合器输出的另一路光信号相干，形成所述Φ-OTDR信号。

3.如权利要求1所述的一种用于补偿相位敏感光时域反射计中频率漂移的二次相位差分测量方法，其特征在于：

在步骤一中，数据采集卡采集的Φ-OTDR信号I(z_i,t)表达式为：

其中，n是传感光纤的有效折射率；c是光在真空中的速度；f(t)为所述第一耦合器输出的另一路光信号的频率，即本地参考光的频率，表示激光器输出频率随时间的变化情况；z_i是传感光纤上第i个散射点所处的位置；z₀是本地参考光光路的长度；f_AOM是声光调制器的频率；为外界扰动带来的相位变化信息；θ_R是背向瑞利散射光的初始相位；θ₀为所述第一耦合器输出的另一路光信号的初始相位；

在步骤二中，点A和点B间差分相位表达式为：

其中，为由于激光器频率漂移带来的干扰相位信息；

在步骤四中，点C与点D间差分相位表达式为：

在步骤五中，所述补偿频率漂移后原始振动事件带来的相位变化表示为：

4.如权利要求1所述的一种用于补偿相位敏感光时域反射计中频率漂移的二次相位差分测量方法，其特征在于：所述相位敏感光时域反射计的第一耦合器为90:10耦合器，第二耦合器为50:50耦合器。

5.如权利要求1所述的一种用于补偿相位敏感光时域反射计中频率漂移的二次相位差分测量方法，其特征在于：所述相位敏感光时域反射计的激光器采用窄线宽激光器。

6.如权利要求1所述的一种用于补偿相位敏感光时域反射计中频率漂移的二次相位差分测量方法，其特征在于：步骤四中所述的不受扰动的区域是专门设置与外界隔离的光纤区域或选取明确已知不受扰动的区域。