[发明专利]基于差分相位脉冲发射和时域合并的Φ-OTDR技术

说明书

本发明公开基于差分相位脉冲发射和时域合并的Φ‑OTDR技术，包括窄线宽激光光源、第一光纤耦合器、相位调制器、声光调制器、光学放大器、光纤环形器、传感光纤、第二光纤耦合器、双平衡光电探测器、模数转换器以及数字信号处理器；所述窄线宽激光光源输出的连续光信号经过第一光纤耦合器，所述第一光纤耦合器的第一输出光端口与相位调制器的光输入端口相连，所述相位调制器的光输出端口与声光调制器的光输入端口相连，所述声光调制器放入光输出端口与光学放大器的光输入端口相连，所述光学放大器的光输出端口与光纤环形器的第一光学端口相连，本发明只需要采用单脉冲，只需对后半个脉冲进行相位调制，不会导致空间分辨率降低。

技术领域

本发明属于Φ-OTDR技术领域，具体涉及基于差分相位脉冲发射和时域合并的Φ-OTDR技术。

背景技术

相位敏感光时域反射计(Φ-OTDR)是一种新型的分布式光纤声音传感技术（DAS），利用光纤中的后向瑞利散射，可以实现分布式动态检测。后向瑞利散射信号的光相位和扰动强度之间是线性响应的关系，对于实现外界信号的定量化测量，提高信号测量精度和事件识别精度具有重要意义。但在基于外差相干Φ-OTDR的相位解调过程中，存在信号衰落，包括偏振衰落和相干衰落。偏振衰落来自于后向瑞利散射信号和参考光之间的偏振不匹配，可以通过偏振分集接收消除。相干衰落在于光纤沿线折射率的随机分布。

现有技术一：文献【Pan Z. Q., Liang K. Z., Zhou J., et al. Interference-fading-free phase-demodulated OTDR system [M]//Liao Y., Jin W., Sampson D.D., et al. 22nd International Conference on Optical Fiber Sensors, Pts 1-3.Bellingham; Spie-Int Soc Optical Engineering. 2012.】中提出利用调相脉冲对，通过对其中一个脉冲进行相位调制，可以改变光纤链路的干涉衰落分布情况，通过对不同次测量结果进行筛选可以减小干涉衰落现象。但是，该技术采用双脉冲作为探测脉冲，会导致空间分辨率下降，且干涉衰落消除不够彻底。

现有技术二：文献【Xiao Wang, Bin Lu, et al. Interference-fading-freeΦ-OTDR Based on Differential Phase Shift Pulsing Technology [J]. IEEEPhotonics Technology Letters, 2019, 31(1), 1041-1135.】中提出差分相移脉冲方案，不需要采用双脉冲，只需在一个脉冲内进行0或π的相位调制，然后进行综合判决，在不牺牲空间分辨率的情况下，可使干涉衰落的概率大大降低。但是，该方案同样存在干涉衰落消除不够彻底，多次探测脉冲的能量没有综合利用的问题。

发明内容

发明目的：本发明目的在于针对现有技术的不足，提供基于差分相位脉冲发射和时域合并的Φ-OTDR技术，本发明通过对探测光脉冲的后半脉冲分别进行0，π/3，2π/3和π的相位调制，四个相位序列可以获得四次不同的测量结果。然后利用时域合并技术综合利用四个相位序列；该技术方案结构相对简单，抑制相干衰落效果更加明显，综合利用了多次测量结果的信号，不会造成信号能量损失，可有效提高信噪比。