[发明专利]一种布里渊光时域分析传感装置及非本地效应补偿方法

说明书

本发明公开了一种布里渊光时域分析传感装置及非本地效应补偿方法，可调谐激光器输出的连续光经耦合器后分为上支路和下支路；上支路中连续光依次经过偏振控制器、强度调制器、第一掺铒光纤放大器、第一光环形器后进入传感光纤；下支路中连续光经过声光调制器实现光脉冲调制，然后依次经过第二掺铒光纤放大器、扰偏器、第二光环形器后进入传感光纤；探测光经第二光环形器的三号端口进入第三光环形器、第一光电探测器后经数据采集卡送入上位机；脉冲光经第一光环形器三号端口进入可调衰减器、然后经第二光电探测器后经数据采集卡送入上位机；本发明结构简单、可有效提升传感装置的性能，并且提高补偿质量和精度。

技术领域

本发明涉及分布式光纤传感技术，具体涉及一种布里渊光时域分析传感装置及非本地效应补偿方法。

背景技术

在过去三十年中，随着油气管道、地铁(高铁)、大型建筑物等的高速发展，其安全越来越受到人们的重视。分布式光纤传感技术，可以使用普通通信光缆作为传感介质，传感距离远和传感节点多等优点而广泛应用在基础建设安全检测中。布里渊光时域分析技术是分布式光纤传感技术重要组成部分。其目前主要应用于油气管道，桥梁结构健康监测等领域。布里渊光时域分析技术通过测量布里渊增益谱来获得布里渊频移(该参数与光纤温度应力呈线性关系)。布里渊光时域分析系统的整体性能和布里渊增益的信噪比直接相关。信噪比又与输入系统的连续探测光的功率直接成正比。为了缓解非本地效应，传统单边带增益配置系统中连续光的功率被限制在-13dBm。目前的克服非本地效应技术主要有以下几类：1、对称双边带探测光，将探测光功率提升到大约-6dBm；2、对称双边带探测光-扫描脉冲光，将探测光功率提升到+5dBm；3、光源波长扫描，将探测光提升到大约-6.3dBm；4、探测光频率调制，将探测光功率提升到大约-6dBm；5、平均布里渊增益谱和衰减谱，将探测光提升到0dBm；6、利用反射瑞利信号，可以将探测光提升到大约+2dBm；其中方法1结构简单，但是只能将探测光功率提升到-6dBm；方法2～6拥有很复杂结构配置，方法6补偿信号信噪比很低。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题提供一种简单、高性能的补偿非本地效应的布里渊光时域分析传感装置及非本地效应补偿方法。

本发明采用的技术方案是：

一种布里渊光时域分析传感装置，包括用于产生连续探测光的上支路和用于产生脉冲光的下支路；可调谐激光器输出的连续光经耦合器后分为上支路和下支路；上支路中连续光依次经过偏振控制器、强度调制器、第一掺铒光纤放大器、第一光环形器后进入传感光纤；下支路中连续光经过声光调制器实现光脉冲调制，然后依次经过第二掺铒光纤放大器、扰偏器、第二光环形器后进入传感光纤；强度调制器通过微波源驱动，声光调制器通过脉冲发生器驱动；在传感光纤中经受激布里渊作用后探测光经第二光环形器的三号端口进入第三光环形器、然后进入第一光电探测器后经数据采集卡送入上位机；在传感光纤中经受激布里渊作用后脉冲光经第一光环形器三号端口进入可调衰减器、然后经第二光电探测器后经数据采集卡送入上位机。

进一步的，所述第三光环形器连接光滤波器。

进一步的，所述光滤波器滤波窗口与强度调制器所产生双边带中的上边带对应。

进一步的，所述第一光电探测器带宽大于最低采样率；第二光电探测器带宽大于脉冲上升或下降沿对应频率的两倍。

一种布里渊光时域分析传感装置的非本地效应补偿方法，包括以下步骤：

步骤1：经受激布里渊作用后探测光和脉冲光表示如式(1)和(3)，没有布里渊作用的探测光和脉冲光表示如式(2)和(4)：

P_So(v,z)＝P_ise^-α(L-z)e^-αz (2)