[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在审
申请号: | 201811294577.2 | 申请日: | 2018-11-01 |
公开(公告)号: | CN109217919A | 公开(公告)日: | 2019-01-15 |
发明(设计)人: | 巴德欣;董永康;王龙;何伟明 | 申请(专利权)人: | 哈尔滨工业大学 |
主分类号: | H04B10/071 | 分类号: | H04B10/071;H04B10/524;H04B10/69;H04L1/06 |
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地址: | 150001 黑龙*** | 国省代码: | 黑龙江;23 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 时域 光时域反射计 敏型 空域 掺铒光纤放大器 产生装置 二维矩阵 探测装置 测量 运算 匹配 任意函数发生器 光电探测器 声光调制器 时间分辨率 传感系统 二维图像 匹配运算 时域相关 时域信号 双频信号 传统的 环形器 激光源 窗长 对时 减小 | ||
本发明提供了一种基于时域‑空域匹配的相敏型光时域反射计与测量方法。相敏型光时域反射计包括产生装置和探测装置;产生装置包括激光源、声光调制器、任意函数发生器和第一掺铒光纤放大器;探测装置包括环形器、第二掺铒光纤放大器和光电探测器。上述相敏型光时域反射计与测量方法改变了传统的时域相关型Φ‑OTDR只在时域上进行一维相关运算的策略,以临近点的时域信号构成时域‑空域二维矩阵,对双频信号的两个二维矩阵在时域‑空域上进行二维图像匹配运算,以此可以显著减小相关运算对时域窗长的要求,提高传感系统的时间分辨率。
技术领域
本发明的实施方式涉及传感技术领域,更具体地,本发明的实施方式涉及一种基于时域-空域匹配的相敏型光时域反射计与测量方法。
背景技术
相对于其它分布式传感技术,基于瑞利散射效应的相敏型光时域反射计(Φ-OTDR)技术具有结构简单、灵敏度高的优点。该技术通过向光纤中注入窄线宽的激光脉冲,获得半脉冲宽度内的后向瑞利散射光的干涉叠加信号,此干涉叠加信号对外界温度或应变变化极其敏感。回波信号的强度变化表明,温度或应变的响应灵敏度分别能够达到mK和nε量级。
Φ-OTDR技术的难点是对温度或应变的定量测量。时域相关法是可以实现定量测量的一类技术。现有的时域相关法通过向待测光纤中注入一定频差的脉冲对,获得两条时域信号,通过对这两条信号进行时域相关计算,得到两时域信号的时延,根据温度或应变变化量与两脉冲对频差的关系确定温度或应变的变化量,从而实现对温度或应变的定量测量。现有的时域相关法为了获得高的测量精度,需要积累大量的数据,从而需要在较长的相关窗上进行相关计算。相关窗的长度决定了该传感器的时间分辨率。因此,较长的相关窗导致了该方法的时间分辨率下降;而且,在相关窗内,温度或应变的变化速率被认为是恒定的,这就使得该方法不适用于变速率变化的动态信号的测量。
发明内容
在本上下文中,本发明的实施方式期望提供一种基于时域-空域匹配的相敏型光时域反射计与测量方法,以解决现有时域相关型Φ-OTDR存在的时间分辨率差、不适用于变速率变化的动态信号的测量的问题。
在本发明实施方式的第一方面中,提供了一种基于时域-空域匹配的相敏型光时域反射计,包括产生装置和探测装置;所述产生装置包括激光源、声光调制器、任意函数发生器和第一掺铒光纤放大器;所述探测装置包括环形器、第二掺铒光纤放大器和光电探测器;所述激光源输出的连续光通过所述声光调制器调制为脉冲光,使得每个周期经过所述声光调制器调制出两个脉冲,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用于产生预设的方波信号输出至所述声光调制器;所述声光调制器输出的脉冲光经由所述第一掺铒光纤放大器放大后、再经所述环形器注入待测光纤中;所述待测光纤中的后向瑞利散射回波信号经所述环形器输出至所述第二掺铒光纤放大器,被所述第二掺铒光纤放大器放大后由所述光电探测器探测;其中,经过所述声光调制器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。
进一步地,还包括滤波器,所述滤波器设于所述第二掺铒光纤放大器与所述光电探测器之间,用于滤除所述第二掺铒光纤放大器的自发辐射噪声。
进一步地,所述滤波器采用光纤布拉格光栅(FBG)实现。
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