CN108692766A - Bfs测量装置、方法及光纤分布式传感系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供的一种BFS测量装置、方法及光纤分布式传感系统，通过将第一支路探测光调制成抑制载波的双边带2FSK信号，在扫频过程中削弱或消除第一支路探测光边带对应的布里渊本征谱错位的现象，使第一脉冲光畸变得到补偿，进而提升第一支路探测光的入射功率和光纤的传感距离，使测得的传感光纤的第一BFS更加准确；并且本发明在光纤距离较长并且每段光纤的第二BFS相差较大时仍能准确工作。

Description

BFS测量装置、方法及光纤分布式传感系统

技术领域

本发明涉及传感系统技术领域，特别是涉及一种BFS测量装置、方法及光纤分布式传感系统。

背景技术

光纤分布式传感系统是一种以光波为传感信号，以光纤为传输介质的传感系统。其能够感知和探测外界被测物理量随时间和空间的连续分布信息。在诸多的分布式传感系统中，BOTDA(Brillouin optical time domain analysis，布里渊光时域分析)技术凭借其可同时测量温度和应力信息的物理特性，以及可达到更长测量距离的核心优势，一直是光纤传感领域的研究热点之一。

在BOTDA系统中，传感光纤一端入射泵浦脉冲，另一端入射与脉冲光有大约11GHz频移的连续探测光，当探测光与脉冲在光纤中相遇时会发生SBS(Stimulated Brillouinscattering,受激布里渊作用)，具体的，探测光会被放大或者衰减，当两束光频率差正好等于光纤的BFS(Brillouin Frequency Shift，布里渊频移)时，探测光获得最大增益或者衰减。

现有技术采用双频探测光的BOTDA传感器来测量传感光纤的BFS时，其基本原理是对探测光进行抑制载波的双边带调制之后进入传感光纤，脉冲光与探测光在传感光纤中经过SBS后，输出作用后的探测光，通过检测作用后的探测光，可以获得传感光纤的布里渊增益谱，进而得到传感光纤实际的BFS。但是在频域上，扫频过程中，探测光边带对应的的布里渊本征谱会错位，使得作用后的脉冲光的频谱形状发生畸变，限制了探测光的入射功率和光纤的传感距离，造成BFS系统误差；当光纤长度较长(每段大于25km)且每段光纤的BFS相差较大时，现有技术除尾端最后一段光纤外都退化为普通的单边带BOTDA传感器，此时系统遭受非本地效应影响，也会限制探测光的入射功率和光纤的传感距离，进一步也造成BFS系统误差。所以如何消除或消弱探测光边带对应的本征谱错位的现象，使作用后的脉冲光畸变得到补偿，进而提升探测光的入射功率和光纤的传感距离，进一步使测得的传感光纤的实际BFS更加准确是一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种BFS测量装置、方法及光纤分布式传感系统，在光纤长距离传感过程中并且每段光纤的布里渊频移相差较大时仍能准确的测得传感光纤实际的BFS。

为达到所述目的，本发明实施例公开了一种布里渊频移BFS测量装置，包括如下步骤：

连续光产生模块，包括激光器和耦合器；所述激光器用于产生连续光，所述耦合器用于将所述连续光分为第一支路连续光和第二支路连续光；

脉冲源，用于生成控制射频开关和驱动半导体光放大器的电脉冲信号；

探测光调制模块，包括第一射频源、第二射频源、射频开关和电光调制器；所述射频开关用于控制所述第一射频源和所述第二射频源产生射频信号，并将所述射频信号调制为二进制频移键控2FSK信号，所述2FSK信号驱动所述电光调制器对所述第一支路连续光进行双边带调制，输出第一支路探测光；

脉冲光调制模块，用于通过所述脉冲源产生的电脉冲信号驱动所述半导体光放大器对所述第二支路连续光进行调制，输出第一支路脉冲光；

传感光纤，用于接收所述第一支路探测光和所述第一支路脉冲光，在所述第一支路探测光和所述第一支路脉冲光发生受激布里渊作用后，输出第一探测光和第一脉冲光；

检测模块，用于根据所述第一探测光，检测所述传感光纤的第一BFS，所述第一BFS为所述传感光纤实际布里渊频移。

可选的，所述装置还包括：

掺铒光纤放大器，用于调整所述第一支路探测光和/或所述第一支路脉冲光的功率；

偏振开关，用于消除所述第一支路探测光的偏振噪声；

环行器，用于调整所述第一支路脉冲光的方向和/或所述第一探测光的方向；

所述检测模块包括：滤波器、光电探测器和采集卡，所述滤波器用于滤出所述第一探测光的任一边带；所述光电探测器用于将所述任一边带转化为电信号；所述采集卡用于收集所述电信号，其中，所述电信号包含所述传感光纤的第一BFS。

可选的，所述射频开关具体用于：

控制所述第一射频源与所述第二射频源交替工作产生射频信号，并将所述射频信号调制为2FSK信号；其中，所述第一射频源产生的射频信号的频率与所述第二射频源产生的射频信号的频率关于所述传感光纤的第二BFS对称，所述第二BFS为常温下所述传感光纤的布里渊频移。

可选的，所述激光器为窄线宽光纤激光器。

为达到所述目的，本发明实施例公开了一种布里渊频移BFS测量方法，包括如下步骤：

耦合器将激光器产生的连续光分为第一支路连续光和第二支路连续光；

脉冲源生成控制射频开关和驱动半导体光放大器的电脉冲信号；

所述射频开关控制所述第一射频源和所述第二射频源产生射频信号，并将所述射频信号调制为二进制频移键控2FSK信号，所述2FSK信号驱动电光调制器对所述第一支路连续光进行双边带调制，输出第一支路探测光；

所述脉冲源产生的电脉冲信号驱动半导体光放大器对所述第二支路连续光进行调制，输出第一支路脉冲光；

所述第一支路探测光和所述第一支路脉冲光在传感光纤处发生受激布里渊作用，输出第一探测光和第一脉冲光；

根据所述第一探测光，检测所述传感光纤的第一BFS，所述第一BFS为所述传感光纤实际布里渊频移。

可选的，所述方法还包括：

在输出所述第一支路探测光和/或所述第一支路脉冲光后，调整所述第一支路探测光和/或所述第一支路脉冲光的功率，并消除所述第一支路探测光的偏振噪声；

在所述第一支路探测光和所述第一支路脉冲光发生受激布里渊作用前，调整所述第一支路脉冲光的方向；在所述第一支路探测光和所述第一支路脉冲光发生受激布里渊作用后，调整所述第一探测光的方向。

可选的，所述根据所述第一探测光，检测所述传感光纤的第一BFS包括：

根据所述第一探测光的任一边带，将所述任一边带转化为电信号，收集所述电信号，其中，所述电信号包含所述传感光纤的第一BFS。

可选的，所述射频开关将第一射频源和第二射频源产生的射频信号调制为二进制频移键控2FSK信号包括：

所述射频开关控制所述第一射频源与所述第二射频源交替工作产生射频信号，并将所述射频信号调制为2FSK信号；其中，所述第一射频源产生的射频信号的频率与所述第二射频源产生的射频信号的频率关于所述传感光纤的第二BFS对称，所述第二BFS为常温下所述传感光纤的布里渊频移。

可选的，所述激光器为窄线宽光纤激光器。

为达到上述目的，本发明实施例还公开了一种光纤分布式传感系统，包括电子设备以及如以上所述的布里渊频移BFS测量装置；

所述电子设备，用于根据所述传感光纤的第一BFS得到温度和/或应力信息的分布消息。

本发明实施例提供的一种BFS测量装置、方法及光纤分布式传感系统，通过将第一支路探测光调制成抑制载波的双边带2FSK信号，在扫频过程中削弱或消除第一支路探测光边带对应的布里渊本征谱错位的现象，使第一脉冲光畸变得到补偿，进而提升第一支路探测光的入射功率和光纤的传感距离，使测得的传感光纤的第一BFS更加准确；并且本发明在光纤距离较长并且每段光纤的第二BFS相差较大时仍能工作。当然，实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种布里渊频移BFS测量装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种布里渊频移BFS测量装置的应用设计图；

图3为本发明实施例提供的射频开关原理图；

图4为本发明实施例提供的脉冲畸变补偿原理图；

图5为本发明实施例提供的两段第二BFS相差较大的光纤，探测光与脉冲作用的频率变化图；

图6为本发明实施例提供的测得的第一BFS图；

图7为本发明提供的当传感光纤尾端收到热点时第一BFS的变化图；

图8为本发明提供的一种布里渊频移BFS测量方法的流程示意图；

图9为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图；

图10为本发明又一实施例提供的当传感光纤由两段第二BFS相差很大的光纤组成时，测的得第一BFS图；

图11为本发明又一实施例提供的在不同热点温度下测得的传感光纤的第一BFS图；

图12为本发明又一实施例提供的测得的第一BFS与温度的线性关系图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例的目的在于提供一种BFS测量装置、方法及光纤分布式传感系统，在光纤长距离传感过程中并且每段光纤的布里渊频移相差较大时仍能准确的测得传感光纤实际的BFS。

图1为本发明实施例公开的一种布里渊频移BFS测量装置结构示意图，

图2为本发明提供的一种布里渊频移BFS测量装置的应用设计图。结合图1和图2，现做如下说明：

连续光产生模块110，包括激光器和耦合器；上述激光器用于产生连续光，上述耦合器用于将上述连续光分为第一支路连续光和第二支路连续光。

可选的，上述激光器可以为窄线宽光纤激光器，采用的耦合器可为单模光纤耦合器；窄线宽光纤激光器产生波长为1550nm的连续光，然后被50:50的单模光纤耦合器分为两个支路，第一支路连续光和第二支路连续光均为波长为1550nm的连续光。

脉冲源120，用于生成控制射频开关和驱动半导体光放大器的电脉冲信号。

探测光调制模块130，包括第一射频源、第二射频源、射频开关和电光调制器；上述射频开关用于控制上述第一射频源和上述第二射频源产生射频信号，并将上述射频信号调制为二进制频移键控2FSK信号，上述2FSK信号驱动上述电光调制器对上述第一支路连续光进行双边带调制，输出第一支路探测光。

脉冲光调制模块140，用于通过上述脉冲源产生的电脉冲信号驱动上述半导体光放大器对上述第二支路连续光进行调制，输出第一支路脉冲光。

结合图2可知，脉冲源产生的电脉冲信号同时控制着半导体光放大器和射频开关，首先要说明的是：由于脉冲周期需要大于传感光纤的长度，也就是说传感光纤里不能同时有两个脉冲存在，在本发明的一种实施例中，传感光纤的距离是105km，对应的时间为1.05ms，所以脉冲周期设置为1.2ms。

具体地：脉冲源产生脉宽为20ns的电脉冲信号，上述电脉冲信号可以驱动半导体光放大器将上述第二支路连续光调制为第一支路脉冲光，可选的，上述电脉冲信号和第一支路脉冲光的周期均为1.2ms。

更进一步地：为了保证上述第一支路脉冲光在一个位置与固定的第一支路探测光相遇，为了补偿脉冲畸变，所以上述电脉冲信号周期是2FSK信号周期的整数倍。

具体地：图3为射频开关的原理图，脉冲源产生脉宽为20ns的电脉冲信号驱动射频开关工作，然后射频开关控制上述第一射频源和上述第二射频源产生射频信号，并将射频信号调制为2FSK信号，可选的，将上述2FSK信号的周期设为100μs。

在本发明的一种实施例中，为了补偿脉冲畸变，设置上述第一射频源产生的射频信号的频率与上述第二射频源产生的射频信号的频率关于上述传感光纤的第二布里渊频移BFS对称。

可以理解的是，由于传感光纤的布里渊频移与温度和/或应变具有线性关系，也就是说传感光纤的布里渊频移其实是受温度和/或应变的影响而变化，可选的，上述第二BFS指在常温下并且传感光纤无应变时的布里渊频移。

为了得到上述第一支路探测光，上述2FSK信号驱动电光调制器对上述第一支路连续光进行抑制载波的双边带调制，可以理解的是，通过调整电光调制器的偏置电压将上述2FSK信号加载到上述第一支路连续光上，使上述第一支路连续光携带能量，更进一步的，通过将携带能量的第一支路连续光调制为抑制载波的双边带信号得到上述第一支路探测光。

需要说明的是，当上述第一支路探测光与上述第一支路脉冲光的频率差正好等于上述传感光纤的第一BFS时，上述第一支路探测光获得最大增益或损耗。

可选的，上述装置还包括掺铒光纤放大器，可以理解的是，信号在传输过程中有一定的损耗，所以为了达到预先要求，采用上述掺饵光纤放大器调整上述第一支路探测光和/或上述第一支路脉冲光的功率。

可选的，上述装置还包括偏振开关，采用上述偏振开关消除所述第一支路探测光的偏振噪声。

可选的，上述装置还包括环形器，本领域技术人员可以理解的是，环形器是一种可以使信号单向环形传输的器件，在本发明的一种实施例中，采用了三孔光环形器，结合图2，上述环形器左侧为1孔，右侧为2孔，下侧为3孔。

具体地，在上述第一支路探测光和上述第一支路脉冲光在传感光纤发生受激布里渊作用之前，上述第一支路脉冲光从左侧1孔输入，从右侧2孔输出到传感光纤，从而调整上述第一支路脉冲光的方向；在上述第一支路探测光和上述第一支路脉冲光在传感光纤发生受激布里渊作用之后，第一探测光从右侧2孔输入，从下侧3孔输出，从而调整第一探测光的方向。

可选的，上述装置还包括隔离器，可以理解的是：在上述第一支路探测光和上述第一支路脉冲光在传感光纤发生受激布里渊作用之后，为了防止第一脉冲光从传感光纤输出后继续传输而损坏光电器件，所以在第一脉冲光从传感光纤输出后要经过隔离器。

在本发明的另一种实施例中，上述隔离器还可以替换为第一环形器(图2中未标出)，具体地，第一脉冲光可以上述第一从环形器输出，进而外接检测脉冲畸变的设备。

传感光纤150，用于接收上述第一支路探测光和上述第一支路脉冲光，在上述第一支路探测光和上述第一支路脉冲光发生受激布里渊作用后，输出第一探测光和第一脉冲光。

可以理解的是：在布里渊系统中，传感光纤一端入射脉冲光，一端入射探测光，当探测光与脉冲光在传感光纤相遇时会发生受激布里渊作用，探测光会被放大或者衰减，检测模块160可以根据放大或者衰减的探测光来检测传感光纤的第一BFS。

图4为在频域上第一脉冲光畸变补偿的原理图，+νB1或-νB1为上述传感光纤在上边带或下边带的第二BFS，T为2FSK信号的调制周期。

从图4中可以看出，当第一支路探测光与第一支路脉冲光在传感光纤发生受激布里渊作用时，在每段频率上，第一支路探测光与第一支路脉冲光的作用与传统双边带布里渊传感器作用相同，如图4中脉冲实线部分，横轴以上的实线为脉冲增益谱，横轴以下的实线为脉冲损耗谱，从图4中可以看出，在每半个周期内，增益谱和损耗谱是不对称的，但是在整个周期T内，由前一段第一支路探测光造成的脉冲畸变(图4中脉冲实线部分)可以由后一段第一支路探测光产生的损耗谱和增益谱(图4中脉冲虚线部分)进行补偿。

从侧面说明上述第一支路探测光不会造成脉冲畸变或者造成的脉冲畸变很小，所以根据第一探测光测出的第一BFS才会更准确。以上是传感光纤每段的第二BFS相差不大时对脉冲畸变进行补偿的情况，但是当传感光纤由两段第二BFS相差较大的光纤组成时，对脉冲畸变进行补偿又是另一种情况，现在做如下说明：

图5为当传感光纤由两段第二BFS相差较大的光纤组成时，探测光与脉冲光的作用图(图5中只标出了上边带的情况)。其中，S₁为第一段光纤的长度，νB1为第一段光纤的第二BFS；S₂为第二段光纤的长度，νB2为第二段光纤的第二BFS。

从图5中可以看出，当传感光纤由两段第二BFS相差较大的光纤组成时，其扫频的点会被调整到第二段光纤的第二BFS，同理，当传感光纤由多段第二BFS相差较大的光纤组成时，其扫频的点会被调整到传感光纤最后一段光纤的第二BFS。需要说明的是，上述扫频过程可以理解为上述第一支路探测光的频率在传感光纤的第二BFS上下预设范围内变化。

图5中灰色区域为第一支路探测光与第一支路脉冲光的作用频率，在第二段光纤中，第一支路探测光与第一支路脉冲光发生作用后与图4一样可以将脉冲畸变进行补偿，但是在第一段光纤中，第一支路探测光与第一支路脉冲光的作用频率并不完全在扫频范围中，所以将会退化成传统的双边带布里渊系统(图5中只标了上边带)。本领域技术人员可以理解的是，由于光纤的有效非线性长度也是影响脉冲畸变的因素，从图5中可以看出，在第一支路探测光与第一支路脉冲光在第一段光纤发生受激布里渊作用时，其作用长度只有S₁的一半，所以在一定程度上也可以削弱脉冲畸变。

检测模块160，用于根据上述第一探测光，检测上述传感光纤的第一BFS，上述第一BFS为上述传感光纤实际布里渊频移。

可以理解的是：根据发生受激布里渊作用的探测光检测传感光纤实际的布里渊频移为现有技术，现在作简单描述。

首先要说明的是上述第一支路探测光与上述第一支路脉冲光在发生受激布里渊作用前后的频率是不发生改变的。在上述第一支路探测光与上述第一支路脉冲光在传感光纤处发生受激布里渊作用后，当上述第一支路探测光是被放大或者衰减最强时，上述第一探测光与上述第一脉冲光的频率差便是上述传感光纤的第一BFS，即为上述传感光纤的实际布里渊频移。

可选的，上述检测模块还包括滤波器，与上述窄线宽光纤激光器相对应，上述滤波器可以是窄带滤波器，窄带滤波器滤出上述第一探测光的任一边带，

可选的，上述检测模块还包括光电探测器，可以理解的是，上述第一探测光的任一边带是光信号，为了更方便的处理信号，采用上述光电探测器将上述滤出的边带转化为电信号。

可选的，上述检测模块还包括采集卡，采集卡可以通过收集上述电信号获得上述传感光纤的第一BFS。

以上述第一支路探测光被放大为例，上述电信号为上述第一支路探测光与上述第一支路脉冲光在不同频率差下的的布里渊增益，进一步可以恢复出布里渊增益谱。具体地，本发明实施例可以通过计算上述布里渊增益谱的中心频率，得到上述传感光纤的第一BFS。

在本发明的一个实施例中采用了105km长的传感光纤，每段的长度分别为12km、18km、25km、25km、25km。每段的第二BFS分别为10.63GHz、10.64GHz、10.63GHz、10.648GHz、10.652GHz。调整第一支路探测光的入射功率为+5dBm，2FSK信号调制周期为100μs，扫频间隔为1MHz；第一支路脉冲光宽度为20ns，平均次数为16000次。

图6表示测得的传感光纤的第一BFS，从图6中可以看出，在常温下用上述装置测得的第一BFS与上述传感光纤的第二BFS基本相同，再一次验证了本发明的准确性。需要说明的是，由于传感光纤的BFS会受外界温度或应变信息的影响，现在在上述传感光纤尾端放置一个2m的热点，加热到65℃。图7表示传感光纤尾端受到热点时的第一BFS的变化。从图7中可以看出，在传感光纤尾端的第一BFS被成功探测到，并且验证了2m的空间分辨率。举例而言，当传感光纤某处发生火灾时，当火灾范围不小于2m都可以被上述BFS测量装置检测到，具体地，通过传感光纤的第一BFS的变化来判断险情，保证了安全。

本发明实施例提供的一种BFS测量装置，通过将第一支路探测光调制成抑制载波的双边带2FSK信号，在扫频过程中削弱或消除第一支路探测光边带对应的布里渊本征谱错位的现象，使第一脉冲光畸变得到补偿，进而提升第一支路探测光的入射功率和光纤的传感距离，使测得的传感光纤的第一BFS更加准确；并且本发明在光纤距离较长并且每段光纤的第二BFS相差较大时仍能准确工作。

相应于上面的布里渊频移BFS测量装置，本发明还提供了一种布里渊频移BFS测量方法，如图8所示，包括以下步骤：

S801：耦合器将激光器产生的连续光分为第一支路连续光和第二支路连续光。

S802：脉冲源生成控制射频开关和驱动半导体光放大器的电脉冲信号。

S803：上述射频开关控制上述第一射频源和上述第二射频源产生射频信号，并将上述射频信号调制为二进制频移键控2FSK信号，上述2FSK信号驱动电光调制器对上述第一支路连续光进行双边带调制，输出第一支路探测光。

S804：上述脉冲源产生的电脉冲信号驱动半导体光放大器对上述第二支路连续光进行调制，输出第一支路脉冲光。

S805：上述第一支路探测光和上述第一支路脉冲光在传感光纤处发生受激布里渊作用，输出第一探测光和第一脉冲光。

S806：根据上述第一探测光，检测上述传感光纤的第一BFS，上述第一BFS为上述传感光纤实际布里渊频移。

本发明实施例提供的一种BFS测量方法，通过将第一支路探测光调制成抑制载波的双边带2FSK信号，在扫频过程中削弱或消除第一支路探测光边带对应的布里渊本征谱错位的现象，使第一脉冲光畸变得到补偿，进而提升第一支路探测光的入射功率和光纤的传感距离，使测得的传感光纤的第一BFS更加准确；并且本发明在光纤距离较长并且每段光纤的第二BFS相差较大时仍能工作。

可选的，上述方法还包括：

在输出上述第一支路探测光和/或上述第一支路脉冲光后，调整上述第一支路探测光和/或上述第一支路脉冲光的功率，并消除上述第一支路探测光的偏振噪声；

在上述第一支路探测光和上述第一支路脉冲光发生受激布里渊作用前，调整上述第一支路脉冲光的方向；在上述第一支路探测光和上述第一支路脉冲光发生受激布里渊作用后，调整上述第一探测光的方向。

可选的，上述根据上述第一探测光，检测上述传感光纤的第一BFS包括：

根据上述第一探测光的任一边带，将上述任一边带转化为电信号，收集上述电信号，其中，上述电信号包含上述传感光纤的第一BFS。

可选的，上述射频开关将第一射频源和第二射频源产生的射频信号调制为二进制频移键控2FSK信号包括：

上述射频开关控制上述第一射频源与上述第二射频源交替工作产生射频信号，并将上述射频信号调制为2FSK信号；其中，上述第一射频源产生的射频信号的频率与上述第二射频源产生的射频信号的频率关于上述传感光纤的第二BFS对称，上述第二BFS为常温下上述传感光纤的布里渊频移。

可选的，上述激光器为窄线宽光纤激光器。

为达到上述目的，本发明实施例还公开了一种光纤分布式传感系统，包括电子设备以及如以上所述的布里渊频移BFS测量装置；

所述电子设备，用于根据所述传感光纤的第一BFS得到温度和/或应力信息的分布消息。

本发明实施例提供的一种光纤分布式传感系统，通过将第一支路探测光调制成抑制载波的双边带2FSK信号，在扫频过程中削弱或消除第一支路探测光边带对应的布里渊本征谱错位的现象，使第一脉冲光畸变得到补偿，进而提升第一支路探测光的入射功率和光纤的传感距离，使测得的传感光纤的第一BFS更加准确；并且根据测得的第一BFS得到温度和/或应力信息的分布消息，进一步判断了环境的安全性。

上述电子设备，如图9所示，包括处理器901、通信接口902、存储器903和通信总线904，其中，处理器901，通信接口902，存储器903通过通信总线904完成相互间的通信，

存储器903，用于存放计算机程序；

处理器901，用于执行存储器903上所存放的程序时，实现如下步骤：

根据所述传感光纤的第一BFS得到温度和/或应力信息的分布消息。

上述电子设备提到的通信总线可以是外设部件互连标准(Peripheral ComponentInterconnect，PCI)总线或扩展工业标准结构(Extended Industry StandardArchitecture，EISA)总线等。该通信总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图9中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

通信接口用于上述电子设备与其他设备之间的通信。

存储器可以包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，也可以包括非易失性存储器(Non-Volatile Memory，NVM)，例如至少一个磁盘存储器。可选的，存储器还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。

上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital SignalProcessing，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

在本发明的又一实施例中采用了49.45km传感光纤，前一段光纤的长度为24.45km，第二BFS为10.875GHz；后一段光纤的长度为25km，第二BFS为10.658GHz。调整第一支路探测光的入射功率为+5dBm，2FSK信号调制周期为100μs，扫频间隔为2MHz，扫频范围为10.2GHz到11GHz；第一支路脉冲光宽度为20ns。

图10表示当两段光纤的第二BFS相差很大时测得的传感光纤的第一BFS，从图10中可以看出：当两段光纤的第二BFS相差很大时，本发明装置仍能比较准确的测得上述传感光纤的第一BFS，验证了本发明在光纤距离较长并且每段光纤的第二BFS相差较大情况下仍可工作的可行性。

当在第一段光纤的尾端放置一段5m长的热点，并且温度以10℃的间隔从40℃变化至80℃时，图11表示在不同热点温度下测得的传感光纤的第一BFS图，从图11中可以看出，在传感光纤第一段尾端的第一BFS被成功探测到，并且同时也验证了2m的空间分辨率。举例而言，当传感光纤某处发生火灾时，当火灾范围不小于2m都可以被上述BFS测量装置检测到，具体地，可以通过传感光纤的第一BFS的变化来判断险情，保证了周围环境的安全。

图12表示测得的第一BFS与温度的线性关系图，从图12中可以看出热点的温度被正确测量出，并且验证了上述传感光纤的第一BFS与温度有良好的线性关系，可以理解的是，可以根据本发明测得的上述传感光纤的第一BFS来预测上述传感光纤周围环境的温度，进一步保证了上述传感光纤周围环境的安全。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于方法实施例和系统实施例而言，由于其基本相似于装置实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见装置实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种布里渊频移BFS测量装置，其特征在于，所述装置包括：

连续光产生模块，包括激光器和耦合器；所述激光器用于产生连续光，所述耦合器用于将所述连续光分为第一支路连续光和第二支路连续光；

脉冲源，用于生成控制射频开关和驱动半导体光放大器的电脉冲信号；

探测光调制模块，包括第一射频源、第二射频源、射频开关和电光调制器；所述射频开关用于控制所述第一射频源和所述第二射频源产生射频信号，并将所述射频信号调制为二进制频移键控2FSK信号，所述2FSK信号驱动所述电光调制器对所述第一支路连续光进行双边带调制，输出第一支路探测光；

脉冲光调制模块，用于通过所述脉冲源产生的电脉冲信号驱动所述半导体光放大器对所述第二支路连续光进行调制，输出第一支路脉冲光；

传感光纤，用于接收所述第一支路探测光和所述第一支路脉冲光，在所述第一支路探测光和所述第一支路脉冲光发生受激布里渊作用后，输出第一探测光和第一脉冲光；

检测模块，用于根据所述第一探测光，检测所述传感光纤的第一BFS，所述第一BFS为所述传感光纤实际布里渊频移。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

掺铒光纤放大器，用于调整所述第一支路探测光和/或所述第一支路脉冲光的功率；

偏振开关，用于消除所述第一支路探测光的偏振噪声；

环行器，用于调整所述第一支路脉冲光的方向和/或所述第一探测光的方向；

所述检测模块包括：滤波器、光电探测器和采集卡，所述滤波器用于滤出所述第一探测光的任一边带；所述光电探测器用于将所述任一边带转化为电信号；所述采集卡用于收集所述电信号，其中，所述电信号包含所述传感光纤的第一BFS。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述射频开关具体用于：

控制所述第一射频源与所述第二射频源交替工作产生射频信号，并将所述射频信号调制为2FSK信号；其中，所述第一射频源产生的射频信号的频率与所述第二射频源产生的射频信号的频率关于所述传感光纤的第二BFS对称，所述第二BFS为常温下所述传感光纤的布里渊频移。

4.根据权利要求1-3任一项所述的装置，其特征在于，所述激光器为窄线宽光纤激光器。

5.一种布里渊频移BFS测量方法，其特征在于，所述方法包括：

耦合器将激光器产生的连续光分为第一支路连续光和第二支路连续光；

脉冲源生成控制射频开关和驱动半导体光放大器的电脉冲信号；

所述射频开关控制所述第一射频源和所述第二射频源产生射频信号，并将所述射频信号调制为二进制频移键控2FSK信号，所述2FSK信号驱动电光调制器对所述第一支路连续光进行双边带调制，输出第一支路探测光；

所述脉冲源产生的电脉冲信号驱动半导体光放大器对所述第二支路连续光进行调制，输出第一支路脉冲光；

所述第一支路探测光和所述第一支路脉冲光在传感光纤处发生受激布里渊作用，输出第一探测光和第一脉冲光；

根据所述第一探测光，检测所述传感光纤的第一BFS，所述第一BFS为所述传感光纤实际布里渊频移。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在输出所述第一支路探测光和/或所述第一支路脉冲光后，调整所述第一支路探测光和/或所述第一支路脉冲光的功率，并消除所述第一支路探测光的偏振噪声；

在所述第一支路探测光和所述第一支路脉冲光发生受激布里渊作用前，调整所述第一支路脉冲光的方向；在所述第一支路探测光和所述第一支路脉冲光发生受激布里渊作用后，调整所述第一探测光的方向。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一探测光，检测所述传感光纤的第一BFS包括：

根据所述第一探测光的任一边带，将所述任一边带转化为电信号，收集所述电信号，其中，所述电信号包含所述传感光纤的第一BFS。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述射频开关将第一射频源和第二射频源产生的射频信号调制为二进制频移键控2FSK信号包括：

所述射频开关控制所述第一射频源与所述第二射频源交替工作产生射频信号，并将所述射频信号调制为2FSK信号；其中，所述第一射频源产生的射频信号的频率与所述第二射频源产生的射频信号的频率关于所述传感光纤的第二BFS对称，所述第二BFS为常温下所述传感光纤的布里渊频移。

9.根据权利要求5-8所述的方法，其特征在于，所述激光器为窄线宽光纤激光器。

10.一种光纤分布式传感系统，其特征在于，包括电子设备以及如权利要求1-4中任一项所述的一种布里渊频移BFS测量装置；

所述电子设备，用于根据所述传感光纤的第一BFS得到温度和/或应力信息的分布消息。