[实用新型]一种实现相位敏感光时域反射计中高保真相位提取的系统

说明书

一种实现相位敏感光时域反射计中高保真相位提取的系统，属于光学领域。本实用新型要解决的技术问题为Ф‑OTDR系统中的解调相位失真。本实用新型系统包括窄线宽激光器、一号光纤耦合器、相位调制器、声光调制器、掺铒光纤放大器、环形器、任意波形发生器、偏振控制器、传感光纤、二号光纤耦合器、光电探测器、示波器、计算机；利用不同中心频率的探测脉冲光具有不同的后向瑞利散射光强度分布这一特性，通过相位调制和声光调制相结合产生包含多个频率成分的探测脉冲光，获得不同的后向瑞利散射光强度分布，并以幅值评估的方式，剔除失真相位信息，实现高保真相位提取。该系统调制带宽更大、调制频率数量灵活可控、相位延迟精准控制。

技术领域

本实用新型属于光学领域，具体涉及一种实现相位敏感光时域反射计中高保真相位提取的系统。

背景技术

相位敏感光时域反射计(Phase-sensitive Optical Time DomainReflectometer,Ф-OTDR)响应速度高达毫秒乃至亚毫秒量级，灵敏度高达纳应变量级，通常运用于桥梁、隧道、石油运输管道等大型工程结构健康监测。Ф-OTDR系统中解调的相位信息准确性完全依赖于解调位置信号强度大小，由于存在相干衰落效应，某些位置信号强度极低，解调的相位信息容易失真，导致无法正确对振动事件的幅度与频率的定量分析。因此，研究Ф-OTDR系统中高保真相位提取具有重要的意义。

1984年，P.Healey等人发现使用窄线宽光源会导致相干光时域反射计(CoherentOptical Time Domain Reflectometer,COTDR)系统存在相干衰落(P Healey.Fading inheterodyne OTDR[J].Electronics Letters,1984,20(1):30-32.)。1993年，H.F.Taylor等人首次将相干衰落噪声当成是一种有用信号(H.F.Taylor,C E Lee.Apparatus andmethod for fiber optic intrusion sensing:US,US5194847 A[P],1993.)，提出Ф-OTDR系统；但相干衰落效应将导致解调相位失真。

为了解决Ф-OTDR系统中的解调相位失真问题，科学研究者做了大量研究。例如，中科院上海光机所潘政清课题组提出(Pan Z,Liang K,Ye Q,et al.Phase-sensitiveOTDR system based on digital coherent detection[C].Asia Communications andPhotonics Conference and Exhibition,IEEE,2012:1-6.)利用两个具有π相移的探测脉冲光注入待测光纤中进行振动信息检测，通过数据处理即可避免相干衰落效应导致的提取相位信息失真。但是，该技术会影响空间分辨率和响应带宽，未充分实现对相位信息的高保真提取。南京大学张旭萍课题组提出(Zabihi M,Chen Y,Zhou T,et al.ContinuousFading Suppression Method forФ-OTDR Systems Using Optimum Tracking overMultiple Probe Frequencies[J].Journal of Lightwave Technology,2019,37(14):3602-3610.)频分复用Ф-OTDR系统，注入三个不同频移的探测脉冲光，通过数据处理抑制相位失真。但是，该方案结构较为复杂，相位延迟不一致，而且传统声光调制器工作带宽有限。中国实用新型专利，实用新型人：魏韦、周浩敏(申请公布号：CN109974756 A)提出基于差分相位脉冲发射和时域合并的Φ-OTDR技术，通过对探测光脉冲的后半脉冲分别进行0，π/3，2π/3和π的相位调制，四个相位序列可以获得四次不同的测量结果，然后利用时域合并技术综合利用四个相位序列，抑制相干衰落效应。但是，该方案中，相移调制是在四个连续的周期内执行，在调制期间，光纤的性能必须保持不变，特别是在衰落位置的频率响应降低，牺牲了系统的响应带宽。由于相移操作和性能损失复杂，差分相移脉冲技术在实际应用中难以采用。

发明内容