[发明专利]高阶相位调制瑞利BOTDA温度/应变测量方法及装置

权利要求书

1.一种基于高阶相位调制的瑞利BOTDA温度/应变测量方法，其特征在于，

其是通过任意波形发生器驱动的相位调制器对脉冲基底光和脉冲信号光进行高阶相位调制，不同相位关系的脉冲基底光产生的瑞利散射光作为探测光与每一个对应的同步相位高阶相位调制脉冲泵浦光发生受激布里渊散射作用，发生受激布里渊散射作用后不同相位关系的瑞利探测光进行叠加平均以抑制相干瑞利噪声，从而实现高信噪比、高精度温度/应变测量。

2.一种基于高阶相位调制的瑞利BOTDA温度/应变测量方法，其特征在于，

其是采用窄线宽激光器(LD)输出的连续光经保偏耦合器(PCO)输入到合成光信号模块，合成光信号模块的下支路经微波信号源(MSS)和相位调制器(PM)产生不同相位的高阶相位调制脉冲基底光，上支路经脉冲信号源(PSG)和相位调制器产生所需的与脉冲基底光相位同步的同步相位高阶相位调制脉冲泵浦光，叠加合成的光信号入射到传感光纤中，经过高阶相位调制的脉冲基底光在传感光纤中产生的不同相位关系的背向瑞利散射光作为探测光与每一个对应的同步相位高阶相位调制脉冲泵浦光发生受激布里渊散射作用，作用后携带传感信息不同相位关系的探测光经光电检测器检测(PD)和数据采集卡(DAQ)采集后传入计算机(COM)进行解调和处理。

3.根据权利要求2所述的一种基于高阶相位调制的瑞利BOTDA温度/应变测量方法，其特征在于，所述的计算机进行的解调是提取每个重复周期内的不同相位关系携带受激布里渊散射信息的探测光进行叠加平均，以抑制相干瑞利噪声；所述的计算机进行的处理是对不同微波调制频率解调后的数据进行重构得到布里渊增益谱，通过洛伦兹拟合得到布里渊频移沿光纤的分布，利用布里渊频移与温度、应变的线性关系，实现对温度或应变的分布式传感。

4.根据权利要求2所述的一种基于高阶相位调制的瑞利BOTDA温度/应变测量方法，其特征在于，经过高阶相位调制的脉冲基底光在传感光纤中产生的不同相位关系的背向瑞利散射光作为探测光与每一个对应的同步相位高阶相位调制脉冲泵浦光发生受激布里渊散射作用，发生受激布里渊散射作用后携带传感信息不同相位关系的探测光表示为

式中，E_R为由Stokes光在光纤中产生的背向瑞利散射探测光的强度，v₀为窄线宽激光器的输出频率，v_m为微波信号源在传感光纤的布里渊频移附近可调的驱动频率，N为调制的阶数，t为光脉冲的传播时间，为高阶相位调制产生的N个不同的相位，n为不同相位的序数，t_length为一个大于等于脉冲信号光在传感光纤长度上传播时间的时间参量，u为阶跃函数，H_SBS(v,z)为受激布里渊散射的传输函数，其中v为微波扫描频率，z为光脉冲传播距离。

5.根据权利要求2所述的一种基于高阶相位调制的瑞利BOTDA温度/应变测量方法，其特征在于，所述数据采集卡对检测到的数据进行采集并送入计算机进行解调和处理时，计算机对采集到的数据进行分离提取，然后对不同相位关系的探测光进行叠加平均以抑制相干瑞利噪声，叠加平均后的信号表示为

式中，为不同相位关系的瑞利散射探测光叠加后的结果，E_R为由Stokes光在光纤中产生的背向瑞利散射探测光的强度，v₀为窄线宽激光器的输出频率，v_m为微波信号源在传感光纤的布里渊频移附近可调的驱动频率，N为调制的阶数，t为光脉冲的传播时间，为高阶相位调制产生的N个不同的相位，n为不同相位的序数，H_SBS(v,z)为受激布里渊散射的传输函数，其中v为微波扫描频率，z为光脉冲传播距离；

经解调后不同微波调制频率的信号通过重构得到布里渊增益谱，通过洛伦兹拟合得到布里渊频移沿光纤的分布，利用布里渊频移与温度、应变的线性关系，以实现对温度或应变的分布式传感。