[发明专利]高阶相位调制瑞利BOTDA温度/应变测量方法及装置

说明书

高阶相位调制瑞利BOTDA温度/应变测量方法及其测量装置，利用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，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和数据采集卡采集后传入计算机进行解调和处理。该方法将高阶相位调制技术引入到瑞利布里渊光时域分析系统中，不仅可以有效抑制相干瑞利噪声，提高系统的信噪比和测量精度，而且能够延长传感距离，减少测量所需时间。

技术领域

本发明涉及测量技术领域，特别是涉及一种高阶相位调制瑞利BOTDA温度/应变测量方法及其测量装置。

背景技术

布里渊光时域分析(Brillouin Optical Time Domain Analysis，BOTDA)传感技术作为一种新型分布式传感技术，凭借其检测信号强度大、测量精度高、动态范围广、传感距离长等优点，已成为目前光纤传感应用领域国内外的研究热点，被广泛应用于设备故障检测及定位、油气管线安全状况监测、大型结构健康检测和地质灾害监测及预警等领域。

传统的BOTDA测量原理是利用在光纤两端分别注入脉冲泵浦光和连续探测光，两束光在光纤中相向传播，当两束光相遇且两束光的频率差处于布里渊增益谱范围内时，脉冲泵浦光通过受激布里渊散射效应(Stimulated Brillouin Scattering，SBS)向连续探测光转移能量。通过扫描连续探测光的频率，可以在泵浦端获得随频率变化的不同光纤位置处的探测光功率，进而可以得到重构的布里渊增益谱，通过洛伦兹拟合即可得到布里渊频移沿光纤的分布。利用布里渊频移与环境温度、应变的线性关系，实现对温度或应变的分布式传感。但是这种双端入射的传统BOTDA系统结构复杂，实现成本较高，在一些实际应用场合并不适用，且一旦由于环境或人为原因导致光纤断裂时系统将无法正常运行。

2011年，Q.Cui等提出基于瑞利散射的单端BOTDA系统，利用微波信号源调制电光调制器的射频端口、脉冲信号源调制电光调制器的直流偏置端口，产生传感脉冲和微波调制脉冲基底产生的背向瑞利散射光的合成信号，两者在光纤中发生SBS作用，实现了单端、单光源、非破坏性测量。基于瑞利散射的单端BOTDA分布式传感器的出现极大地解决了传统BOTDA双端入射的缺点，但由于与脉冲泵浦光发生SBS作用的探测光是由微波调制连续光在光纤中产生的瑞利散射光，其功率较小、受相干瑞利噪声影响严重，从而使系统存在信号小、噪声大、信噪比低、测量精度差等问题，而相干瑞利噪声不能简单地通过信号叠加平均或加入滤波器来滤除。因此目前急需一种能有效抑制相干瑞利噪声，提高系统信噪比和测量精度的瑞利BOTDA温度/应变测量方法和测量装置。

发明内容

本发明的主要目的在于针对现有技术之弊端，提供一种基于高阶相位调制的瑞利BOTDA温度/应变测量方法及其测量装置，以抑制相干瑞利噪声对系统性能的影响，改善系统信噪比，提高测量精度。

为此本发明公开了下述技术方案：

一种基于高阶相位调制的瑞利BOTDA温度/应变测量方法，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。