[发明专利]一种基于泵浦光扫频的时频复用BOTDA系统及传感方法

权利要求书

1.一种基于泵浦光扫频的时频复用BOTDA系统，其特征在于，包括窄线宽激光器（1）、边带调制器（2）、分束器（4）、传感光纤（8）、单边带调制仪（9）、脉冲光信号调制器（11）、第一光环形器（13）、第二光环形器（14）、时域延迟阵列、时域补偿阵列、第三光环形器（15）、光电探测器（22）和数据采集卡（23）；

所述窄线宽激光器（1）发出的激光经边带调制器（2）进行调制获得2N+1个功率相同，频率分量不同的频率梳光信号，然后经分束器（4）分为两束，其中一束作为探测光进入传感光纤（8），另一束作为泵浦光依次经单边带调制仪（9）进行单边带调制并扫频，脉冲光信号调制器（11）调制为泵浦脉冲光信号后，经第一光环形器（13）入射到时域延迟阵列，反射得到多个不同频率分量且具有时间间隔的脉冲信号返回第一光环形器（13）、经第二光环形器（14）后反向进入传感光纤（8），与探测光发生受激布里渊作用；

从传感光纤（8）中输出的后向散射光经第二光环形器（14）、第三光环形器（15）后入到到时域补偿阵列，经时域补偿阵列反射后，返回第三光环形器（15）后并经光电探测器（22）探测，探测信号经数据采集卡（23）采集；

所述时域延迟阵列包括2N+1个通过光纤连接的布拉格光栅，所述时域补偿阵列包括2N+1个通过光纤连接的布拉格光栅，所述时域补偿阵列用于补偿时域延迟阵列产生的时间延迟，N为大于零的正整数。

2.根据权利要求1所述的一种基于泵浦光扫频的时频复用BOTDA系统，其特征在于，所述边带调制器（2）为马赫—曾德尔调制器，其通过第一微波信号源（3）驱动，所述单边带调制仪（9）为电控单边带调制仪，通过第二微波信号源（10）驱动。

3.根据权利要求1所述的一种基于泵浦光扫频的时频复用BOTDA系统，其特征在于，N的取值为1。

4.根据权利要求1所述的一种基于泵浦光扫频的时频复用BOTDA系统，其特征在于，还包括设置在探测光路上的光放大器（5）、光扰偏器（6）、光隔离器（7）和设置在泵浦光路的脉冲光放大器（12），所述光放大器（5）、光扰偏器（6）、光隔离器（7）依次设置在分束器（4）与传感光纤（8）之间，所述脉冲光放大器（12）设置在脉冲光信号调制器（11）的输出端与第一光环形器（13）之间。

5.根据权利要求4所述的一种基于泵浦光扫频的时频复用BOTDA系统，其特征在于，所述分束器（4）为光纤耦合器，所述光放大器（5）为连续光放大器。

6.根据权利要求1所述的一种基于泵浦光扫频的时频复用BOTDA系统，其特征在于，所述窄线宽激光器（1）、边带调制器（2）、分束器（4）之间通过单模光纤跳线连接，所述分束器（4）、光放大器（5）、光扰偏器（6）、光隔离器（7）和传感光纤（8）之间依次通过光纤跳线连接，所述分束器（4）、单边带调制仪（9）、脉冲光信号调制器（11）、脉冲光放大器（12）、第一光环形器（13）之间依次通过光纤跳线连接，第一光环形器（13）、第二光环形器（14）、第三光环形器（15）、光电探测器（22）之间依次通过光纤跳线连接。

7.根据权利要求1所述的一种基于泵浦光扫频的时频复用BOTDA系统，其特征在于，所述单边带调制仪（9）用于对泵浦光的频率梳光信号进行高频单边带调制或低频单边带调制；

所述数据采集卡（23）用于分别采集高频单边带调制下的布里渊增益信息或低频单边带调制下的布里渊损耗信息的时域曲线。

8.根据权利要求7所述的一种基于泵浦光扫频的时频复用BOTDA系统，其特征在于，还包括数据处理装置，所述数据处理装置与数据采集卡连接，用于将所述数据采集卡（23）采集的布里渊增益信息时域曲线和布里渊损耗信息时域曲线进行数据叠加处理，计算得到传感光纤的传感信息。

9.根据权利要求1所述的一种基于泵浦光扫频的时频复用BOTDA系统的传感方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、调节所述时域延迟阵列中的各个布拉格光栅的反射区，使其分别对泵浦脉冲光中的频率梳的各个频率的信号光分别进行反射并形成时域延迟，调节所述时域补偿阵列中的各个布拉格光栅的反射区，使其分别对泵浦脉冲光中的频率梳的各个频率的信号光分别进行反射，并补偿所述时域延迟阵列对各个频率的信号光形成的时域延迟；

S2、通过所述单边带调制仪（9）对泵浦脉冲光进行高频单边带调制并扫频，通过数据采集卡采集从传感光纤（8）中输出布里渊增益时域曲线；通过所述单边带调制仪（9）对泵浦脉冲光进行低频单边带调制并扫频，通过数据采集卡采集从传感光纤（8）中输出布里渊损耗时域曲线；

S3、通过算法进行数据叠加处理所述布里渊增益时域曲线和布里渊损耗时域曲线，得到传感光纤的传感信息。