[发明专利]基于低频捷变频和滑动窗的宽温度范围解调装置及方法

说明书

本发明提供了一种基于低频捷变频和滑动窗的宽温度范围解调装置及方法。激光器发出的激光经光纤耦合器分为功率相同的两束激光；一束经由捷变频模块输出的电脉冲信号驱动的第一电光调制器调制为泵浦光，经掺饵光纤放大器放大进入待测单模光纤；另一束经由上变频模块输出的微波信号驱动的第二电光调制器调制为探测光，经正交扰偏器扰偏后从另一端进入待测单模光纤；泵浦光和探测光在待测单模光纤中相互作用，产生背向受激布里渊散射信号，经光纤光栅滤波器滤出的下边带光束经光电探测器接收，产生的电信号由采集卡采集。本发明使用低频捷变技术实现对温度的快速解调，响应频率超过1Hz，同时能够降低设备成本并保证可靠性。

技术领域

本发明涉及光纤技术领域，尤其涉及一种基于低频捷变频和滑动窗的宽温度范围解调装置及方法。

背景技术

分布式光纤传感器利用光纤感知外界温度，具有抗电磁干扰、耐高温、耐腐蚀等特征，可适用于各种恶劣环境。布里渊光时域分析技术(Brillouin optical time-domainanalysis，简称BOTDA)可同时对温度和应变进行测量，已在电力电缆、油气管线、火灾监测等领域取得广泛应用。

布里渊光时域分析技术利用受激布里渊散射频率与光纤温度变化呈线性关系的原理实现对光纤温度的分布式传感。从光纤两端入射的泵浦光和探测光在光纤中发生受激布里渊散射(SBS)，当泵浦光与探测光频率差值接近光纤布里渊频移时(单模光纤布里渊频移在10.8GHz左右)，泵浦光能量向探测光转移，通过不同频率下探测光的强度可以构建出布里渊增益谱。利用布里渊增益谱中心频率与温度变化呈线性关系的原理，可以得到光纤沿线各个点的温度信息，从而实现对整根光纤温度的分布式测量。

传统BOTDA通过扫频的方式构建布里渊增益谱，因此测量速度较慢，只能实现静态的温度测量，无法对温度快速解调。基于单斜坡法的动态BOTDA系统结构简单，在不改变传统BOTDA硬件的条件下即可实现动态温度测量，但由于单模光纤布里渊增益谱很窄，利用单斜坡法实现的温度测量范围只有30℃左右。即使使用多斜坡法，最大温度测量范围一般也不超过300℃，且结构较为复杂。

发明内容

在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不意图确定本发明的关键或重要部分，也不意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

本发明人发明,基于捷变频技术的BOTDA原理与传统BOTDA相同，都是构建布里渊增益谱，利用布里渊增益谱中心频率与温度呈线性关系的原理实现分布式温度传感。基于捷变频技术的BOTDA将所有频率的探测光一次性注入到光纤中，解调时再将不同频率信号分段并构建布里渊增益谱，这样就省去扫描频率的时间，提高解调速度。由于单模光纤布里渊频移在10.8GHz左右，要求捷变频产生的微波信号频率要大于10GHz，这对捷变频模块的带宽要求很高，导致硬件成本高、系统复杂甚至无法实现。

本发明提供了基于低频捷变频和滑动窗的宽温度范围解调装置及方法，以至少解决现有采用捷变频技术进行宽温度范围快速解调时存在成本高、系统复杂的问题。