[发明专利]基于布里渊增益谱调制的BOTDA系统及其传感方法

说明书

本发明公开了基于布里渊增益谱调制的BOTDA及其传感方法，涉及光纤传感技术领域，本发明在标准BOTDA的基础上，基于光纤固有布里渊增益谱，运用幅频调制脉冲调制模块把输入待测传感光纤的泵浦光调制成幅频调制脉冲光，从而使得信号接收模块得到的探测光在频率上得到大范围的线性区，进而使得如果外界的温度/应变发生变化，信号接收模块的时域信号会发生强度改变。本发明可根据实际需求通过改变脉冲光的频谱来改变系统灵敏度。本发明不需要脉冲/探测光进行扫频，另外不需要对后期布里渊曲线拟合，从而大大提高了传感系统的动态响应速度；另外相比于传统斜率辅助法，该系统的传感动态响应范围和传感灵敏度大幅提高。

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，更具体的是涉及基于布里渊增益谱调制的BOTDA系统及其传感方法。

背景技术

传感器作为一种集成自动测量、记录等功能的检测装置，在我们的生活及生产活动中得到了广泛的应用。相比于传统的电学传感器，基于光纤的传感器具有轻便、抗腐蚀、抗电磁干扰、耐高温、探测灵敏度高等独特的优势，而且信号光在光纤中传输损耗较小，这就决定了光纤分布式传感器具有超长距离传感的优势。

近年来，布里渊光时域分析仪作为一种典型的分布式光纤传感系统，在通信、传感等领域均有着重大的运用价值，它可以实现超长距离的应变/温度的分布式监控，其主要原理为利用光纤所处的外界的温度/应变的变化使得光纤布里渊频谱产生平移，从而可以通过分布式测量布里渊频移实现对外界环境的实时监控。

但是，传统的布里渊光时域分析仪需要对探测光或泵浦脉冲光进行扫频来获得布里渊增益谱，所以其测量时间通常需要几秒甚至数分钟，这很大程度上限制了该系统的动态测量采样率，从而限制了其对于外界扰动的频率响应的范围。

近些年来，快速布里渊光时域分析仪得到了国内外广泛的研究，现有的快速布里渊测量系统可以简单分为以下三种：

1、基于光学变频技术的快速布里渊光时域分析仪，其采用了高性能的电学数字式任意波形发生器，实现对光波的快速切换；基于这种原理的系统虽然相较于传统布里渊光时域分析仪能够提高对外界扰动的频率响应范围，但是仍需要扫频来得到布里渊增益谱的分布继而得到扰动信息，因此，其对于频率响应范围的提高有限；

2、基于斜率辅助技术的快速布里渊光时域分析仪，该系统将布里渊增益谱的一侧斜坡的3dB处近似为线性，根据预先测量得到的布里渊增益谱的斜坡的数据可以拟合得到线性段，然后将探测光频率设置在布里渊增益谱的斜坡中心的位置，若光纤某点应变发生改变，则这个点的整个布里渊增益谱会发生整体偏移，这样就可以用一个频率的功率改变量来预估布里渊频移量；基于这种原理的系统只用了一个频率，所以可以有效增大对于外界扰动的频率响应范围，但是因为斜坡的线性范围小，所以一般来说这种系统对于外界扰动幅度的动态范围相对较小；

3、基于光学啁啾技术的快速布里渊分析仪，这种系统使用线性啁啾技术来实现单发测量，虽然它能够解决第1种系统中扫频带来的对外界扰动的频率响应范围的限制和第2种系统中对外界扰动的幅度响应范围小的问题，实现快速测量，但是这种系统对信号处理方面有很大的要求。由于它得到的信号不规则，因此需要运用多次拟合等方法得到扰动信号，在一定程度上限制了系统对外界扰动的频率响应范围。

发明内容

本发明的目的在于：为了解决现有的快速布里渊测量系统的传感动态范围和传感灵敏度有限，信号解调复杂，耗时较长的问题，本发明提供一种基于布里渊增益谱调制的BOTDA系统及其传感方法。

本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：

基于布里渊增益谱调制的BOTDA系统，包括幅频调制脉冲调制模块、光纤环形器、待测传感光纤、探测光调制模块和信号接收模块，所述幅频调制脉冲调制模块的输出端与光纤环形器1端口连接，光纤环形器2端口与待测传感光纤的一端连接，待测传感光纤的另一端与探测光调制模块连接，光纤环形器3端口与信号接收模块连接。