[发明专利]基于时域-空域匹配的相敏型光时域反射计与测量方法

权利要求书

1.基于时域-空域匹配的相敏型光时域反射计，其特征在于包括产生装置和探测装置；

所述产生装置包括激光源(1-1)、声光调制器(1-2)、任意函数发生器(1-3)和第一掺铒光纤放大器(1-4)；

所述探测装置包括环形器(1-5)、第二掺铒光纤放大器(1-6)和光电探测器(1-7)；

所述激光源(1-1)输出的连续光通过所述声光调制器(1-2)调制为脉冲光，使得每个周期经过所述声光调制器(1-2)调制出两个脉冲，该两个脉冲的频率分别为第一频率和第二频率，其中，所述任意函数发生器(1-3)用于产生预设的方波信号输出至所述声光调制器(1-4)；

所述声光调制器(1-2)输出的脉冲光经由所述第一掺铒光纤放大器(1-4)放大后、再经所述环形器(1-5)注入待测光纤中；

所述待测光纤中的后向瑞利散射回波信号经所述环形器(1-5)输出至所述第二掺铒光纤放大器(1-6)，被所述第二掺铒光纤放大器(1-6)放大后由所述光电探测器(1-7)探测；

其中，经过所述声光调制器(1-2)调制出的相邻脉冲之间的时间间隔大于光在所述待测光纤中的传播时间。

2.根据权利要求1所述的基于时域-空域匹配的相敏型光时域反射计，其特征在于还包括滤波器，所述滤波器设于所述第二掺铒光纤放大器(1-6)与所述光电探测器(1-7)之间，用于滤除所述第二掺铒光纤放大器(1-6)的自发辐射噪声。

3.根据权利要求2所述的基于时域-空域匹配的相敏型光时域反射计，其特征在于，所述滤波器采用光纤布拉格光栅(FBG)实现。

4.基于时域-空域匹配的相敏型光时域反射计的测量方法，其特征在于，该测量方法基于权利要求1-3中任一项所述的基于时域-空域匹配的相敏型光时域反射计实现；所述测量方法包括：

将每个周期经过所述声光调制器(1-2)调制出的两个脉冲作为一组脉冲对；

通过所述产生装置产生多组脉冲对，依次经所述探测装置打入待测光纤，由所述探测装置中的光电探测器(1-7)接收所述多组脉冲对对应的后向瑞利散射回波信号，其中，所述多组脉冲对对应的后向瑞利散射回波信号包括所述多组脉冲中的每个脉冲在所述待测光纤各位置上的后向瑞利散射回波信号；

根据接收的与所述多组脉冲对中具有第一频率的脉冲对应的后向瑞利散射回波信号，获得第一时域-空域特征图；

根据接收的与所述多组脉冲对中具有第二频率的脉冲对应的后向瑞利散射回波信号，获得第二时域-空域特征图；

其中，所述第一时域-空域特征图和第二时域-空域特征图以待测光纤上的位置为第一维坐标、以所述光电探测器(1-7)的信号接收时间为第二维坐标、以所述光电探测器(1-7)接收的信号强度或信号幅值为第三维坐标；

在所述第一时域-空域特征图中选取预定尺寸的参考数据区域，

在所述第二时域-空域特征图中确定该参考数据区域对应的匹配数据区域，

计算所述参考数据区域与所述匹配数据区域在第二维坐标上的位移量，以根据该位移量确定所述第一时域-空域特征图与所述第二时域-空域特征图之间的时间延迟；

根据所述第一频率和第二频率之间的频差以及所述时间延迟，计算所述待测光纤的温度变化速度或应变变化速度；

根据所述温度变化速度或应变变化速度与对应测量时间的乘积，确定所述待测光纤在所述对应测量时间内的温度变化量或应变变化量。

5.根据权利要求4所述的测量方法，其特征在于，所述参考数据区域包括所述第一时域-空域特征图中预设的第一位置点的预定大小邻域的数据点；

在所述第二时域-空域特征图中确定该参考数据区域对应的匹配数据区域的步骤包括：

在所述第二时域-空域特征图中，将与所述预设的第一位置点的第一维坐标相同的第二位置点的预定大小邻域的数据点所形成的数据区域作为待匹配数据区域；

将待匹配数据区域沿所述第二时域-空域特征图的第二维坐标轴移动，获得移动过程中每次移动所得的待匹配数据区域与所述参考数据区域之间的差异矩阵，并计算每次所得的差异矩阵的所有元素的平方和；

确定移动过程中的差异矩阵的所有元素的平方和最小时所对应的差异矩阵，将该差异矩阵对应的待匹配数据区域作为所述匹配数据区域。