[实用新型]相位调制型光时域反射仪

说明书

本实用新型公开了一种相位调制型光时域反射仪，包括Φ‑OTDR主机和单模光纤，所述Φ‑OTDR主机由Φ‑OTDR解调模块、光纤拉曼激光器、双向等功率拉曼分光模块、隔离器、光分路器和光开关构成。将Φ‑OTDR解调模块通过光开关与多个双向等功率拉曼分光模块连接，扩大了扰动检测范围、实现多通道测量；通过一阶或二阶双向等功率拉曼放大技术改善了测试光纤中探测脉冲光分布的均匀度、提高信噪比；将光纤拉曼激光器、隔离器与分路器相连接来为多个双向等功率拉曼分光模块提供泵浦源提高了仪器集成度、降低成本。该实用新型方法有助于Φ‑OTDR技术广泛应用于铁路线路监控、电力系统线缆监测、油气管道非法开挖检测、重要设施周界安防和矿难救援定位等振动检测方案中。

技术领域

本实用新型涉及分布式光纤传感技术领域，具体涉及一种相位调制型光时域反射仪。

背景技术

相位调制型光时域反射仪(φ-OTDR)基于后向瑞利散射光的干涉作用，当单模光纤沿线某处发生扰动时，由于弹光原理该处的纤芯折射率会发生改变从而促成光相位调制，最终影响后向瑞利散射光的干涉现象即光强的大小，通过注入脉冲光并探测后向瑞利散射光强就可以定位外界的振动。它的多通道分布式测量范围、信噪比和空间分辨率均优于其他的传感测量技术使之广泛应用于铁路线路监控、电力系统线缆监测、油气管道非法开挖检测、重要设施周界安防、城市管网智能监控和矿难救援定位等振动检测方案中。

传统的φ-OTDR设备测量范围的扩大是通过延长测量距离来实现的，而延长测量距离的解决方案一般基于增强测试脉冲光在光纤中的功率、采用光放大技术。而通常采用的基于EDFA 集中放大式φ-OTDR的探测脉冲光随光纤距离的增加而减弱，是通过提高泵浦功率增强掺铒光纤的光放大作用来提升入纤脉冲光功率，但会造成光纤前端功率远大于后端随之引出以下三个设计缺陷：光纤前端容易发生非线性效应，若入纤功率大于受激布里渊阈值会引发受激布里渊散射作用；光功率在光纤中分布不均匀则前端信噪比高于后端造成仪器误报率升高；增强影响性能的自发辐射噪声。

所以如何扩大相位调制型光时域反射仪的测量范围，进一步改善测试光纤中探测脉冲光分布的均匀度、提高信噪比，提高相位调制型光时域反射仪性能开发利用程度、降低成本，依旧是一个亟待解决的问题。

实用新型内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本实用新型所要解决的问题是提供一种相位调制型光时域反射仪，其能扩大扰动检测范围、实现多通道测量，提高φ-OTDR的性能开发利用程度，改善测试光纤中探测脉冲光分布的均匀度、提高信噪比，实现真正意义上的全分布式大范围振动定位和测量。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

相位调制型光时域反射仪，包括Φ-OTDR主机和单模光纤，所述Φ-OTDR主机由Φ-OTDR解调模块、光纤拉曼激光器、双向等功率拉曼分光模块、隔离器、光分路器和光开关构成，Φ-OTDR解调模块通过光开关与双向等功率拉曼分光模块相连接，光纤拉曼激光器、隔离器与光分路器依次相连接。

进一步所述Φ-OTDR解调模块由窄线宽激光器、声光调制器、掺铒光纤放大器、波形发生器、数据采集模块、光电探测器、带通滤波器、环形器和上位机构成。

进一步所述双向等功率拉曼分光模块分为一阶双向等功率拉曼分光模块和二阶双向等功率拉曼分光模块。

进一步所述一阶双向等功率拉曼分光模块由50/50耦合器和波分复用器构成，所述二阶双向等功率拉曼分光模块由50/50耦合器、波分复用器和光纤布拉格光栅构成。

进一步所述二阶双向等功率拉曼分光模块中的光纤布拉格光栅与波分复用器的光出射端相连接。

进一步单模光纤的首端和尾端分别与双向等功率拉曼分光模块的两个光出射端相连接，构成环形腔。

进一步Φ-OTDR解调模块连接光开关的光入射端，光开关的光出射端连接双向等功率拉曼分光模块中波分复用器的光入射端。