CN102829811A

CN102829811A - 基于光梳和编码技术提高botda检测速度的方法

Info

Publication number: CN102829811A
Application number: CN2012103482736A
Authority: CN
Inventors: 王子南; 姜芸; 饶云江; 贾新鸿
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2012-09-19
Filing date: 2012-09-19
Publication date: 2012-12-19

Abstract

本发明公开了一种基于光梳和编码技术提高BOTDA检测速度的方法，该方法是采用光梳技术代替传统BOTDA的逐点频率扫描技术，从而大幅提升BOTDA检测速度，同时本方案中，融入脉冲编码的技术，优于先前的BOTDA系统需要将数十个、甚至上百个扫描周期信号进行平均的次数，进一步提高了系统的实时测量性能。结合光梳技术及脉冲编码技术的实时布里渊光时域分析仪(BOTDA)测量时间比传统BOTDA低一个数量级以上（测试指标相同的条件下），具有重要的实用性。

Description

基于光梳和编码技术提高BOTDA检测速度的方法

技术领域

本发明涉及光纤技术领域，具体涉及一种基于光梳和编码技术提高BOTDA检测速度的方法。

背景技术

基于布里渊散射的分布式光纤传感技术一般分为布里渊光时域反射计(BOTDR)和布里渊光时域分析仪(BOTDA)。BOTDR是利用的受激布里渊散射现象，探测信号较弱，探测距离受限；BOTDA是利用受激布里渊散射现现象，探测信号较强，传感距离较远。且BOTDA可以同时动态测量温度及应变，因此它在矿井、管道的结构健康监测及火灾预警等方面都有广泛的应用。

BOTDA的系统指标一般有：测量分辨率，空间分辨率，测量时间等。

传统的BOTDA在检测温度或应变时采用扫频的测量方式，为了拟合出一个完整的布里渊增益谱(BGS)，需要扫描数十次频率，不适用于在需要实时检测温度或应变的环境中。另一方面，为了有效的消除噪声的影响，传统BOTDA需要对测量数据进行几十次以上的平均方能有效地提高光信噪比，在这种情况下，进一步减慢了测量速度。为了提高BOTDA检测速度，我们这里将频率梳和编码技术融合于BOTDA。利用频率梳技术可以使布里渊增益频谱的测量一次成型，测量时间比传统BOTDA低一个数量级以上。同时，由于光梳由相位调制产生，则可以在生成的泵浦光梳上通过强度调制形成Simplex编码序列，使得接收端的信噪比在一个扫描周期内可以显著提高，优化了先前的BOTDA系统需要将数十个、甚至上百个扫描周期信号进行平均的次数，进一步提高了系统的实时测量性能。

发明内容

本发明所要解决的问题是：如何提供一种结合光梳技术及脉冲编码技术的实时布里渊光时域分析传感系统。

本发明所提出的技术问题是这样解决的：提供一种基于光梳和编码技术提高BOTDA检测速度的方法，该方法包括以下步骤：

a)把激光器的输出通过掺铒光纤放大器放大之后经过耦合器分成探测光和泵浦光两路;

b)将任意波形发生器编程输出的频率梳驱动第二相位调制器，形成泵浦光梳，然后经过强度调制编码和滤波之后经过掺铒光纤放大器放大之后进入长距离传感光纤;

c)把任意波形发生器编程使之能输出频率梳，然后与微波源通过混频器混频之后用来驱动第一相位调制器相位调制探测光，形成探测光梳，然后经过第二滤波器和扰偏器之后进入长距离传感光纤；

d)经过布里渊效应的探测光经过光环形器和第三滤波器之后通过相干解调之后通过采集卡采集数据，然后数据处理模块解码处理之后可得出传感光纤的温度/应变分布。

进一步地，步骤b和c中，通过任意波形发生器生成的频率梳相位调制探测光和泵浦光以生成探测光梳和泵浦光梳。

进一步地，步骤b中，经过相位调制生成的泵浦光梳再经过强度调制编码。

更进一步地，步骤d中，对经过第三滤波器滤波之后的探测光进行解调的方法是：探测光经过相干解调的方式进行光电转换，然后采集数据之后进行解码，通过解码之后的数据计算出光纤上各点所受温度/应变的变化量。

附图说明

图1是本发明所提供的基于光梳和编码技术的布里渊光时域分析传感系统结构图；其中，1、激光器，2、任意波形发生器，3、混频器，4、相位调制器，5、隔离器，6、第二滤波器，7、扰偏器，8、光谱分析仪，9、长距离光纤，10、微波源，11、光环行器，12、掺铒光纤放大器，13、第一滤波器，14、第三滤波器，15、探测器，16、强度调制器，17、放大器, 18、相位调制器，19、数据采集卡，20、耦合器，21、信号处理模块，22、掺铒光纤放大器，23、本振光源。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述：

如图1所示：本发明的布里渊光时域分析系统，包括

1、激光器，2、任意波形发生器，3、混频器，4、第一相位调制器，5、隔离器，6、第二滤波器，7、扰偏器，8、光谱分析仪，9、长距离光纤，10、微波源，11、光环行器，12、掺铒光纤放大器，13、第一滤波器，14、第三滤波器，15、探测器，16、强度调制器，17、放大器, 18、第二相位调制器，19、数据采集卡，20、耦合器，21、信号处理模块，22、掺铒光纤放大器，23、本振光源。其中，所述激光器1用于产生布里渊泵浦波及探测波；掺铒光纤放大器22与激光器1相连，用于放大激光器激光；掺铒光纤放大器22与耦合器20相连，耦合器用于将所述激光器产生的光束分为两束，分别为探测光和泵浦光，耦合器20与两个相位调制器4和18分别相连，相位调制器4与隔离器5相连，相位调制器4用来生成探测光梳，频率源10和任意波形发生器2通过混频器3相连，用来相位调制探测光；隔离器5与滤波器6相连；滤波器6与扰偏器7相连，扰偏器7用来消除偏振的影响；扰偏器7分别和光谱分析仪8和长距离光纤9相连；相位调制器18分别与任意波形发生器2和强度调制器16相连，相位调制器18用来生成泵浦光梳，强度调制器16与任意波形发生器相连用来对泵浦光梳编码；强度调制器16与滤波器13相连；滤波器13与掺铒光纤放大器12相连；光环行器13的1端口与掺铒光纤放大器相连12，2端口与长距离光纤9相连，3端口与滤波器14相连；滤波器14与探测器15相连；探测器15与电放大器17相连；电放大器17与采集卡19相连；采集卡19与数据处理系统21相连，探测器15与本振光源23相连。

本发明提供的基于光梳和编码技术提高BOTDA检测速度的方法，该方法包括以下步骤：

b)将任意波形发生器编程输出的频率梳驱动第二相位调制器，形成泵浦光梳，然后经过强度调制编码，滤波之后经过掺铒光纤放大器放大之后进入长距离传感光纤;

c)把任意波形发生器编程使之能输出频率梳，然后与微波源通过混频器混频之后用来驱动第一相位调制器相位调制探测光，形成探测光梳，然后经过滤波器和扰偏器之后进入长距离传感光纤；

Claims

1.一种基于光梳和编码技术提高BOTDA检测速度的方法，该方法包括以下步骤：

2.如权利要求1所述基于光梳和编码技术提高BOTDA检测速度的方法，其特征在于，步骤b和c中，通过任意波形发生器生成的频率梳相位调制探测光和泵浦光以生成探测光梳和泵浦光梳。

3.如权利要求1所述基于光梳和编码技术提高BOTDA检测速度的方法，其特征在于，步骤b中，经过相位调制生成的泵浦光梳再经过强度调制编码。

4.如权利要求1所述基于光梳和编码技术提高BOTDA检测速度的方法，其特征在于，步骤d中，对经过第三滤波器滤波之后的探测光进行解调的方法是：探测光经过相干解调的方式进行光电转换，然后采集数据之后进行解码，通过解码之后的数据计算出光纤上各点所受温度/应变的变化量。