[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

说明书

本发明涉及布里渊型分布式光纤传感系统，具体是一种基于泵浦光扫频的时频复用高信噪比BOTDA系统，包括窄线宽激光器、边带调制器、分束器、传感光纤、单边带调制仪、脉冲光信号调制器、第一光环形器、第二光环形器、时域延迟阵列、时域补偿阵列、第三光环形器、光电探测器和数据采集卡。本发明通过调制激光器产生具有多个频率分量的频率梳光信号，并对泵浦光信号中各个频率分量分别进行高/低频单边带调制和扫频，然后通过时域延迟对不同频率分量的脉冲光信号进行时域延迟后与探测光信号发生受激布里渊作用并分别获取布里渊增益谱和损耗谱，最后经过数据叠加处理使得系统信噪比提升为传统BOTDA系统的2N倍。本发明适用于分布式光纤传感领域。

技术领域

本发明涉及分布式光纤传感系统，具体是一种基于泵浦光扫频的时频复用高信噪比BOTDA系统及传感方法。

背景技术

与传统电学传感器相比，分布式光纤传感器集信息传感与传输为一体，具有传感距离长、测量精度高、抗电磁干扰等优势，在过去几十年被大量研究。分布式光纤传感器可以通过感知外界环境中众多物理、化学参量来监测基础设施的结构健康状况，被广泛应用于桥梁、边坡、输油管道以及输电线路等设施的安全监测。分布式光纤传感器的传感范围及性能主要取决于信噪比，其与采集到的散射光功率值有关，较低的信噪比限制了传感距离的长度。在众多分布式光纤传感器中布里渊光时域分析（BOTDA）技术具有长距离，高精度和高信噪比等鲜明特征，所以本发明基于布里渊光时域分析技术提升系统信噪比，增加传感范围。

为了提高BOTDA系统的信噪比和测量精度，已提出的方案有基于平衡探测技术的BOTDA系统（Alejandro Domínguez为López, Alexia López为Gil, Sonia Martín为López,and Miguel González为Herráez. Signal为to为Noise Ratio Improvement in BOTDAUsing Balanced Detection [J]. IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, 2014, 26(4):338为341），相比于传统的BOTDA系统，该方案通过获取布里渊增益谱和损耗谱将信噪比提高了2倍；在利用双边带探测光信号和泵浦光信号获取增益谱和损耗谱提升信噪比的方法中（Haritz Iribas, Alayn Loayssa, Florian Sauser, Miguel Llera, and S´ebastienLe Floch. Enhancement of signal为to为noise ratio in Brillouin optical timedomain analyzers by dual为probe detection. Proceeding of SPIE, 2017, 10323:103237D），需要对探测光信号进行双边带调制，且调制带宽为2v_B≈22GHz），增加了系统对带宽的要求；此外该方案同样将信噪比提高了2倍。为了进一步提高BOTDA系统的信噪比，扩大传感范围，需要对现有技术中的BOTDA系统进行改进。

发明内容

本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种基于泵浦光扫频的时频复用高信噪比BOTDA系统及传感方法，以优化BOTDA系统的信噪比，提高测量精度和传感距离。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于泵浦光扫频的时频复用BOTDA系统，包括窄线宽激光器、边带调制器、分束器、传感光纤、单边带调制仪、脉冲光信号调制器、第一光环形器、第二光环形器、时域延迟阵列、时域补偿阵列、第三光环形器、光电探测器和数据采集卡；