CN110542447A - 一种长距离高分辨率布里渊光学时域分析仪 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种长距离高分辨率布里渊光学时域分析仪，包括：测量系统一，具有脉冲连续光生成模块一、信号处理采集模块一、通信模块一、主控模块一以及光学放大模块一；测量系统二，具有脉冲连续光生成模块二、信号处理采集模块二、通信模块二、主控模块二以及光学放大模块二；数据反演系统，分别与通信模块一和通信模块二通信连接；本发明测量距离长、精度好、空间分辨率高。

Description

一种长距离高分辨率布里渊光学时域分析仪
技术领域
本发明涉及光学测量技术领域，尤其是一种长距离高分辨率布里渊光学时域分析仪。
背景技术
布里渊光学时域分析仪（BOTDA）相对于布里渊光学时域反射仪（BOTDR）及其他分布式光纤传感系统来说，有着测量速度快，测量距离长，空间分辨率高，测量精度高的优点；如图1所示，现有的BOTDA中，光纤采用U型往返配置的环路结构；从光纤的两端注入脉冲泵浦光以及连续探测光，脉冲泵浦光的频率固定不变，连续探测光的频率则来回扫描，以实现光纤布里渊频谱的扫描，从而实现光纤温度、应变感知。
但是，由于随着测量距离的变长导致的脉冲泵浦光逐渐衰减、脉冲泵浦光有限的消光比导致的非本地效应、连续探测光受激布里渊阈值的限制导致传输距离不够等等使得BOTDA整个测量范围内的精度会随光纤距离变长而变差，光纤首端（距离脉冲泵浦光输入端近端）测量精度较高，光纤末端（离连续探测光输入端近端）测量精度较差，这种情况在长距离测量时尤为明显，因此在保证测量精度的要求下，一般长距离测量很难实现高空间分辨率。
目前，在油气管线、架空线OPGW、海底光电复合缆、海底光缆等领域的温度或者应力测量应用中，长距离、高空间分辨率、高测量精度的要求越来越多；比如，在江苏已有风电场从陆上开关站到海上升压站的传输距离甚至已经超过了100km（即环路超过200km），随着海上风电场开发由近海发展向远海，浅海发展向深海，这样远距离的测量需求越来越来迫切；然后国内外的商业化系统的测量距离大多只能做到60km（即120km环路），空间分辨率在3.5m时，精度才能保证在±1℃；目前有效的改善方案有外差探测，主机近端泵浦放大以及远端远程泵浦放大，前者方案复杂，实现难度高，后者解决不了长距离与高空间分辨率和高测量精度之间的矛盾问题，因此需要寻找一种能够解决此类问题的方法。
发明内容
有鉴于此，需要克服现有技术中的上述缺陷中的至少一个，本发明提供了一种长距离高分辨率布里渊光学时域分析仪，包括：测量系统一，具有脉冲连续光生成模块一、信号处理采集模块一、通信模块一、主控模块一以及光学放大模块一；所述脉冲连续光模块一具有脉冲输出端一以及连续光输出端一；所述脉冲输出端一与光纤环形器一的第一端口相连接，所述光纤环形器一的第二端口用于与光电复合缆的待测光纤一的首端直接或间接相连接，所述连续光输出端一用于与传输光纤一的首端直接或间接相连接，所述光学放大模块一的输入端和输出端分别用于与传输光纤一的末端和所述待测光纤一的末端直接或间接相连接；所述光纤环形器一的第三端口与所述信号处理采集模块一的输入端相连接，所述主控模块一与所述信号处理采集模块一和所述通信模块一通信连接；测量系统二，具有脉冲连续光生成模块二、信号处理采集模块二、通信模块二、主控模块二以及光学放大模块二；所述脉冲连续光模块二具有脉冲输出端二以及连续光输出端二；所述脉冲输出端二与光纤环形器二的第一端口相连接，所述光纤环形器二的第二端口用于与所述光电复合缆的待测光纤二的末端直接或间接相连接，所述连续光输出端二用于与传输光纤二的末端直接或间接相连接，所述光学放大模块二的输入端和输出端分别用于与传输光纤二的首端和所述待测光纤二的首端直接或间接相连接；所述光纤环形器二的第三端口与所述信号处理采集模块二的输入端相连接，所述主控模块二与所述信号处理采集模块二和所述通信模块二通信连接；数据反演系统，分别与所述通信模块一和所述通信模块二通信连接。
根据本专利背景技术中对现有技术所述，目前改善BOTDA长距离测量精度的方案有外差探测，主机近端泵浦放大以及远端远程泵浦放大，前者方案复杂，实现难度高，后者解决不了长距离与高空间分辨率和高测量精度之间的矛盾问题；而本发明公开的长距离高分辨率布里渊光学时域分析仪，测量系统一从光电复合缆的首端向光电复合缆中的待测光纤一射入一束脉冲光，并射出一束连续光，该连续光在靠近光电复合缆的末端的位置处经过放大后从光电复合缆的末端向光电复合缆中的待测光纤一射入，从而测得待测光纤一从光电复合缆首端到末端的测量数据作为测量数据一；同时，测量系统二从光电复合缆的末端向该光电复合缆中的待测光纤二射入一束脉冲光，并射出一束连续光，该连续光在靠近光电复合缆的首端的位置处经过放大后从光电复合缆的首端向该光电复合缆中的待测光纤二射入，从而测得待测光纤二从光电复合缆末端到首端的测量数据作为测量数据二；测量数据一在靠近光电复合缆首端的测量精度较高，测量数据二在靠近光电复合缆末端的测量精度较高，且待测光纤一和待测光纤二为同一个光电复合缆中的任意两根单模光纤，测量系统一和测量系统二拥有同样长的测量时间且同时测量，通过数据反演系统将测量数据一与测量数据二进行拼接得到最终的具有高精度的测量数据，从而实现了长距离测量，可测量距离为至少100km，且空间分辨率高、测量精度好。
所述传输光纤一和所述传输光纤二可以为同一个光电复合缆中的任意两个单芯单模光纤，也可以分别为不同的光电复合缆中的任意一个单芯单模光纤，所述传输光纤一、所述传输光纤二以及所述待测光纤一可以位于同一个光电复合缆中，也可以不位于同一个光电复合缆中。
另外，根据本发明公开的一种长距离高分辨率布里渊光学时域分析仪还具有如下附加技术特征：
进一步地，所述光学放大模块一为掺铒光纤放大器（EDFA）或者拉曼光纤放大器（RFA）；所述光学放大模块二为掺铒光纤放大器（EDFA）或者拉曼光纤放大器（RFA）。
进一步地，所述测量系统一还包括隔离模块一，所述隔离模块一的输入端与所述光学放大模块一的输出端直接或间接相连接，所述隔离模块一的输出端用于与所述待测光纤一的末端直接或间接相连接；所述测量系统二还包括隔离模块二，所述隔离模块二的输入端与所述光学放大模块二的输出端直接或间接相连接，所述隔离模块二的输出端用于与所述待测光纤二的首端直接或间接相连接。
进一步地，所述隔离器一和所述隔离器二采用光纤隔离器（ISO）。
通过ISO保证脉冲光经过待测光纤之后，反向被ISO截止，以使有限消光比的脉冲光的直流本底无法通过ISO传输到传输光纤中与连续光发生作用，使得连续光正向通过ISO进入到待测光纤后与脉冲光进行能量交互，从而有效地减小非本地效应的产生，另外由于ISO的存在，脉冲光被截止，信号处理采集模块的采集时间减为原来的一半，有效地缩短了测量时间。
进一步地，所述测量系统一还包括滤波模块一，所述滤波模块一的输入端与所述光学放大模块一的输出端直接或间接相连接，所述滤波模块一的输出端用于与所述待测光纤一的末端直接或间接相连接；所述测量系统二还包括滤波模块二，所述滤波模块二的输入端与所述光学放大模块二的输出端直接或间接相连接，所述滤波模块二的输出端用于与所述待测光纤二的首端直接或间接相连接。
所述滤波模块一采用波分复用器（WDM）或者光纤Bragg光栅（FBG）模块；所述滤波模块二采用波分复用器（WDM）或者光纤Bragg光栅（FBG）模块。
滤波模块的中心波长是连续光波长，当光学放大模块采用EDFA时，能够滤掉EDFA的自发辐射ASE噪声；当光学放大模块采用RFA时，能够滤掉RFA的拉曼泵浦光，降低噪声的影响。
进一步地，还包括主机一和主机二，所述主机一包括所述脉冲连续光模块一、所述信号处理采集模块一、所述通信模块一、所述主控模块一以及所述光学放大模块二；所述主机二包括所述脉冲连续光模块二、所述信号处理采集模块二、所述通信模块二、所述主控模块二以及所述光学放大模块一。
进一步地，所述主机一还包括所述隔离器二、所述滤波模块二；所述主机二还包括所述隔离器一、所述滤波模块一。
进一步地，所述测量系统一还包括激光器一以及耦合器一；所述脉冲连续光模块一具有脉冲光模块一和连续光模块一；所述激光器一的输出端与所述耦合器一的输入端相连接，所述耦合器一的两个输出端分别与所述脉冲光模块一和所述连续光模块一相连接；所述测量系统二还包括激光器二以及耦合器二；所述脉冲连续光模块二具有脉冲光模块二和连续光模块二；所述激光器二的输出端与所述耦合器二的输入端相连接，所述耦合器二的两个输出端分别与所述脉冲光模块二和所述连续光模块二相连接。
更进一步地，所述主机一还包括所述激光器一以及所述耦合器一；所述主机二还包括所述激光器二以及所述耦合器二。
进一步地，所述连续光模块一具有微波源一以及电光调制器一；所述电光调制器一的光输入端与所述耦合器一的一个所述输出端相连接，所述电光调制器一的电信号输入端与所述微波源相连接；所述电光调制器一的输出端用于与所述传输光纤一的首端直接或间接相连接；所述连续光模块二具有微波源二以及电光调制器二；所述电光调制器二的光输入端与所述耦合器二的一个所述输出端相连接，所述电光调制器二的电信号输入端与所述微波源相连接；所述电光调制器二的输出端用于与所述传输光纤二的末端直接或间接相连接；所述脉冲光模块一具有脉冲调制单元一；所述脉冲光模块二具有脉冲调制单元二。
进一步地，所述微波源的微波振幅为10-14GHz。
更进一步地，所述连续光模块一还具有光放大器一以及可调光衰减器一，所述电光调制器一的输出端与所述光放大器一的输入端相连接，所述光放大器一的输出端用于与所述传输光纤一的首端直接或间接相连接；所述连续光模块二还具有光放大器二以及可调光衰减器二，所述电光调制器二的输出端与所述光放大器二的输入端相连接，所述光放大器二的输出端用于与所述传输光纤二的末端直接或间接相连接。进一步地，所述测量系统一具有锁频调制模块一；所述脉冲连续光模块一具有脉冲光模块一和连续光模块一，所述脉冲光模块具有脉冲用激光器一、脉冲调制单元一；所述连续光模块一具有连续光用激光器一，所述连续光用激光器一的输出端用于与所述传输光纤一的首端直接或间接相连接；所述锁频调制模块一分别与所述脉冲用激光器一与所述连续光用激光器一相连接；所述测量系统二具有锁频调制模块二；所述脉冲连续光模块二具有脉冲光模块二和连续光模块二，所述脉冲光模块具有脉冲用激光器二、脉冲调制单元二；所述连续光模块二具有连续光用激光器二，所述连续光用激光器二的输出端用于与所述传输光纤二的末端直接或间接相连接；所述锁频调制模块二分别与所述脉冲用激光器二与所述连续光用激光器二相连接。
更进一步地，所述脉冲调制单元一为电光调制器（EOM）或者声光调制器（AOM）或者半导体光放大器（SOA）。
更进一步地，所述连续光模块一还具有光放大器一以及可调光衰减器一，所述连续光用激光器一的输出端与所述光放大器一的输入端相连接，所述光放大器一的输出端与所述可调光衰减器一的输入端相连接，所述可调光衰减器一的输出端用于与所述传输光纤一的首端直接或间接相连接；所述连续光模块二还具有光放大器二以及可调光衰减器二，所述连续光用激光器二的输出端与所述光放大器二的输入端相连接，所述光放大器二的输出端与所述可调光衰减器二的输入端相连接，所述可调光衰减器二的输出端用于与所述传输光纤二的末端直接或间接相连接。
更进一步地，所述脉冲光模块一还具有光放大器一、可调光衰减器一以及扰偏器一，所述脉冲光模块二还具有光放大器二、可调光衰减器二以及扰偏器二。
进一步地，所述锁频调制模块一和所述锁频调制模块二为光学锁相模块（OPLL）。
在脉冲用激光器与连续光用激光器之间采用光学锁相模块（OPLL）进行约12GHz的频率锁频；脉冲用激光器发出的激光经过EOM/AOM/SOA调制形成脉冲光。
进一步地，所述测量系统一还包括脉冲1×N光开关一以及连续1×N光开关一；所述脉冲1×N光开关一的输入端与所述光纤环形器一的第二端口相连接，所述脉冲1×N光开关一的N个输出端分别用于与N个光电复合缆的所述待测光纤一的首端相连接；所述连续1×N光开关一的输入端与所述光学放大模块一的输出端相连接，所述连续1×N光开关一的N个输出端分别用于与N个所述待测光纤一的末端相连接；所述测量系统二还包括脉冲1×N光开关二以及连续1×N光开关二；所述脉冲1×N光开关二的输入端与所述光纤环形器二的第二端口相连接，所述脉冲1×N光开关二的N个输出端分别用于与所述N个光电复合缆的所述待测光纤二的末端相连接；所述连续1×N光开关二的输入端与所述光学放大模块二的输出端相连接，所述连续1×N光开关二的N个输出端分别用于与N个所述待测光纤二的首端相连接；所述主控模块一与所述脉冲1×N光开关一以及连续1×N光开关二通信连接；所述主控模块二与所述脉冲1×N光开关二以及连续1×N光开关一通信连接。
通过主控模块控制脉冲1×N光开关和连续1×N光开关的切换使得射入所述脉冲光一的所述待测光纤一和所述扫频连续光一的所述待测光纤一为同一个光纤、射入所述脉冲光二的所述待测光纤二和所述扫频连续光二的所述待测光纤二为同一个光纤、射入所述脉冲光一的所述待测光纤一与射入所述脉冲光二的所述待测光纤二分别为同一个所述光电复合缆中的两个光纤。
更进一步地，所述主机一还包括所述脉冲1×N光开关一以及连续1×N光开关二；所述主机二还包括所述脉冲1×N光开关二以及连续1×N光开关一。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为现有技术中的布里渊光学时域分析仪的结构框图；
图2为本发明提供的长距离高分辨率布里渊光学时域分析仪的结构框图；
图3为本发明提供的主机一和主机二分别与N个光电复合缆连接的示意图；
图4为本发明提供的测量数据一的示意图；
图5为本发明提供的测量数据二的示意图；
图6为本发明提供的最终的测量数据的示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件；下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“底”、“顶”、“前”、“后”、“内”、“外”、“横”、“竖”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
本发明的构思如下，测量系统一从光电复合缆的首端向光电复合缆中的待测光纤一射入一束脉冲光，并射出一束连续光，该连续光在靠近光电复合缆的末端的位置处经过放大后从光电复合缆的末端向光电复合缆中的待测光纤一射入，从而测得待测光纤一从光电复合缆首端到末端的测量数据作为测量数据一；同时，测量系统二从光电复合缆的末端向该光电复合缆中的待测光纤二射入一束脉冲光，并射出一束连续光，该连续光在靠近光电复合缆的首端的位置处经过放大后从光电复合缆的首端向该光电复合缆中的待测光纤二射入，从而测得待测光纤二从光电复合缆末端到首端的测量数据作为测量数据二；通过数据反演系统将测量数据一与测量数据二进行拼接得到最终的具有高精度的测量数据，从而实现了长距离测量，可测量距离为至少100km，且空间分辨率高、测量精度好。
图1为现有技术中的布里渊光学时域分析仪的结构框图；图2为本发明提供的长距离高分辨率布里渊光学时域分析仪的结构框图；图3为本发明提供的主机一和主机二分别与N个光电复合缆连接的示意图；图4为本发明提供的测量数据一的示意图；图5为本发明提供的测量数据二的示意图；图6为本发明提供的最终的测量数据的示意图。
如图2所示，根据本发明的实施例，长距离高分辨率布里渊光学时域分析仪包括测量系统一，具有脉冲连续光生成模块一、信号处理采集模块一、通信模块一、主控模块一以及光学放大模块一；所述脉冲连续光模块一具有脉冲输出端一以及连续光输出端一；所述脉冲输出端一与光纤环形器一的第一端口相连接，所述光纤环形器一的第二端口用于与光电复合缆的待测光纤一的首端直接或间接相连接，所述连续光输出端一用于与传输光纤一的首端直接或间接相连接，所述光学放大模块一的输入端和输出端分别用于与传输光纤一的末端和所述待测光纤一的末端直接或间接相连接；所述光纤环形器一的第三端口与所述信号处理采集模块一的输入端相连接，所述主控模块一与所述脉冲连续光模块一、所述信号处理采集模块一和所述通信模块一通信连接来控制各个模块的运行；测量系统二，具有脉冲连续光生成模块二、信号处理采集模块二、通信模块二、主控模块二以及光学放大模块二；所述脉冲连续光模块二具有脉冲输出端二以及连续光输出端二；所述脉冲输出端二与光纤环形器二的第一端口相连接，所述光纤环形器二的第二端口用于与所述光电复合缆的待测光纤二的末端直接或间接相连接，所述连续光输出端二用于与传输光纤二的末端直接或间接相连接，所述光学放大模块二的输入端和输出端分别用于与传输光纤二的首端和所述待测光纤二的首端直接或间接相连接；所述光纤环形器二的第三端口与所述信号处理采集模块二的输入端相连接，所述主控模块二与所述脉冲连续光模块二、所述信号处理采集模块二和所述通信模块二通信连接来控制各个模块的运行；数据反演系统，分别与所述通信模块一和所述通信模块二通信连接。
根据本专利背景技术中对现有技术所述，目前改善BOTDA长距离测量精度的方案有外差探测，主机近端泵浦放大以及远端远程泵浦放大，前者方案复杂，实现难度高，后者解决不了长距离与高空间分辨率和高测量精度之间的矛盾问题；而本发明公开的长距离高分辨率布里渊光学时域分析仪，测量系统一从光电复合缆的首端向光电复合缆中的待测光纤一射入一束脉冲光，并射出一束连续光，该连续光在靠近光电复合缆的末端的位置处经过放大后从光电复合缆的末端向光电复合缆中的待测光纤一射入，从而测得待测光纤一从光电复合缆首端到末端的测量数据作为测量数据一；同时，测量系统二从光电复合缆的末端向该光电复合缆中的待测光纤二射入一束脉冲光，并射出一束连续光，该连续光在靠近光电复合缆的首端的位置处经过放大后从光电复合缆的首端向该光电复合缆中的待测光纤二射入，从而测得待测光纤二从光电复合缆末端到首端的测量数据作为测量数据二；测量数据一在靠近光电复合缆首端的测量精度较高，测量数据二在靠近光电复合缆末端的测量精度较高，且待测光纤一和待测光纤二为同一个光电复合缆中的任意两根单模光纤，测量系统一和测量系统二拥有同样长的测量时间且同时测量，通过数据反演系统将测量数据一与测量数据二进行拼接得到最终的具有高精度的测量数据，从而实现了长距离测量，可测量距离为至少100km，且空间分辨率高、测量精度好。
所述传输光纤一和所述传输光纤二可以为同一个光电复合缆中的任意两个单芯单模光纤，也可以分别为不同的光电复合缆中的任意一个单芯单模光纤，所述传输光纤一、所述传输光纤二以及所述待测光纤一可以位于同一个光电复合缆中，也可以不位于同一个光电复合缆中。
另外，根据本发明公开的一种长距离高分辨率布里渊光学时域分析仪还具有如下附加技术特征：
根据本发明的一些实施例，所述信号处理采集模块一包括光电传感器一、信号放大模块一以及信号采集模块一；所述信号处理采集模块二包括光电传感器二、信号放大模块二以及信号采集模块二。
根据本发明的一些实施例，所述光学放大模块一为掺铒光纤放大器（EDFA）或者拉曼光纤放大器（RFA）；所述光学放大模块二为掺铒光纤放大器（EDFA）或者拉曼光纤放大器（RFA）。
根据本发明的一些实施例，所述测量系统一还包括隔离模块一，所述隔离模块一的输入端与所述光学放大模块一的输出端直接或间接相连接，所述隔离模块一的输出端用于与所述待测光纤一的末端直接或间接相连接；所述测量系统二还包括隔离模块二，所述隔离模块二的输入端与所述光学放大模块二的输出端直接或间接相连接，所述隔离模块二的输出端用于与所述待测光纤二的首端直接或间接相连接，如图2所示。
根据本发明的一些实施例，所述隔离器一和所述隔离器二采用光纤隔离器（ISO）。
通过ISO保证脉冲光经过待测光纤之后，反向被ISO截止，以使有限消光比的脉冲光的直流本底无法通过ISO传输到传输光纤中与连续光发生作用，使得连续光正向通过ISO进入到待测光纤后与脉冲光进行能量交互，从而有效地减小非本地效应的产生，另外由于ISO的存在，脉冲光被截止，信号处理采集模块的采集时间减为原来的一半，有效地缩短了测量时间。
根据本发明的一些实施例，所述测量系统一还包括滤波模块一，所述滤波模块一的输入端与所述光学放大模块一的输出端直接或间接相连接，所述滤波模块一的输出端用于与所述待测光纤一的末端直接或间接相连接；所述测量系统二还包括滤波模块二，所述滤波模块二的输入端与所述光学放大模块二的输出端直接或间接相连接，所述滤波模块二的输出端用于与所述待测光纤二的首端直接或间接相连接，如图2所示。
根据本发明的一些实施例，所述滤波模块一采用波分复用器（WDM）或者光纤Bragg光栅（FBG）模块；所述滤波模块二采用波分复用器（WDM）或者光纤Bragg光栅（FBG）模块。
滤波模块的中心波长是连续光波长，当光学放大模块采用EDFA时，能够滤掉EDFA的自发辐射ASE噪声；当光学放大模块采用RFA时，能够滤掉RFA的拉曼泵浦光，降低噪声的影响。
根据本发明的一些实施例，还包括主机一和主机二，所述主机一包括所述脉冲连续光模块一、所述信号处理采集模块一、所述通信模块一、所述主控模块一以及所述光学放大模块二；所述主机二包括所述脉冲连续光模块二、所述信号处理采集模块二、所述通信模块二、所述主控模块二以及所述光学放大模块一，如图2所示。
根据本发明的一些实施例，所述主机一还包括所述隔离器二、所述滤波模块二；所述主机二还包括所述隔离器一、所述滤波模块一，如图2所示。
根据本发明的一些实施例，所述测量系统一还包括激光器一以及耦合器一；所述脉冲连续光模块一具有脉冲光模块一和连续光模块一；所述激光器一的输出端与所述耦合器一的输入端相连接，所述耦合器一的两个输出端分别与所述脉冲光模块一和所述连续光模块一相连接；所述测量系统二还包括激光器二以及耦合器二；所述脉冲连续光模块二具有脉冲光模块二和连续光模块二；所述激光器二的输出端与所述耦合器二的输入端相连接，所述耦合器二的两个输出端分别与所述脉冲光模块二和所述连续光模块二相连接。
根据本发明的一个实施例，所述耦合器一和所述耦合器二均为50:50 保偏分束器PMISO。
根据本发明的一些实施例，所述主机一还包括所述激光器一以及所述耦合器一；所述主机二还包括所述激光器二以及所述耦合器二。
根据本发明的一些实施例，所述连续光模块一具有微波源一以及电光调制器一；所述电光调制器一的光输入端与所述耦合器一的一个所述输出端相连接，所述电光调制器一的电信号输入端与所述微波源相连接；所述电光调制器一的输出端用于与所述传输光纤一的首端直接或间接相连接；所述连续光模块二具有微波源二以及电光调制器二；所述电光调制器二的光输入端与所述耦合器二的一个所述输出端相连接，所述电光调制器二的电信号输入端与所述微波源相连接；所述电光调制器二的输出端用于与所述传输光纤二的末端直接或间接相连接；所述脉冲光模块一具有脉冲调制单元一；所述脉冲光模块二具有脉冲调制单元二。
根据本发明的一些实施例，所述微波源的微波振幅为10-14GHz。
根据本发明的一些实施例，所述连续光模块一还具有光放大器一以及可调光衰减器一，所述电光调制器一的输出端与所述光放大器一的输入端相连接，所述光放大器一的输出端用于与所述传输光纤一的首端直接或间接相连接；所述连续光模块二还具有光放大器二以及可调光衰减器二，所述电光调制器二的输出端与所述光放大器二的输入端相连接，所述光放大器二的输出端用于与所述传输光纤二的末端直接或间接相连接。进一步地，所述测量系统一具有锁频调制模块一；所述脉冲连续光模块一具有脉冲光模块一和连续光模块一，所述脉冲光模块具有脉冲用激光器一、脉冲调制单元一；所述连续光模块一具有连续光用激光器一，所述连续光用激光器一的输出端用于与所述传输光纤一的首端直接或间接相连接；所述锁频调制模块一分别与所述脉冲用激光器一与所述连续光用激光器一相连接；所述测量系统二具有锁频调制模块二；所述脉冲连续光模块二具有脉冲光模块二和连续光模块二，所述脉冲光模块具有脉冲用激光器二、脉冲调制单元二；所述连续光模块二具有连续光用激光器二，所述连续光用激光器二的输出端用于与所述传输光纤二的末端直接或间接相连接；所述锁频调制模块二分别与所述脉冲用激光器二与所述连续光用激光器二相连接。
根据本发明的一些实施例，所述脉冲调制单元一为电光调制器（EOM）或声光调制器（AOM）或半导体光放大器（SOA）。
根据本发明的一些实施例，所述连续光模块一还具有光放大器一以及可调光衰减器一，所述连续光用激光器一的输出端与所述光放大器一的输入端相连接，所述光放大器一的输出端与所述可调光衰减器一的输入端相连接，所述可调光衰减器一的输出端用于与所述传输光纤一的首端直接或间接相连接；所述连续光模块二还具有光放大器二以及可调光衰减器二，所述连续光用激光器二的输出端与所述光放大器二的输入端相连接，所述光放大器二的输出端与所述可调光衰减器二的输入端相连接，所述可调光衰减器二的输出端用于与所述传输光纤二的末端直接或间接相连接。
根据本发明的一些实施例，所述脉冲光模块一还具有光放大器一、可调光衰减器一以及扰偏器一，所述脉冲光模块二还具有光放大器二、可调光衰减器二以及扰偏器二。
根据本发明的一些实施例，所述锁频调制模块一和所述锁频调制模块二为光学锁相模块（OPLL）。
在脉冲用激光器与连续光用激光器之间采用光学锁相模块（OPLL）进行约12GHz的频率锁频；脉冲用激光器发出的激光经过EOM/AOM/SOA调制形成脉冲光。
根据本发明的一些实施例，所述测量系统一还包括脉冲1×N光开关一以及连续1×N光开关一；所述脉冲1×N光开关一的输入端与所述光纤环形器一的第二端口相连接，所述脉冲1×N光开关一的N个输出端分别用于与N个光电复合缆的所述待测光纤一的首端相连接；所述连续1×N光开关一的输入端与所述光学放大模块一的输出端相连接，所述连续1×N光开关一的N个输出端分别用于与N个所述待测光纤一的末端相连接；所述测量系统二还包括脉冲1×N光开关二以及连续1×N光开关二；所述脉冲1×N光开关二的输入端与所述光纤环形器二的第二端口相连接，所述脉冲1×N光开关二的N个输出端分别用于与所述N个光电复合缆的所述待测光纤二的末端相连接；所述连续1×N光开关二的输入端与所述光学放大模块二的输出端相连接，所述连续1×N光开关二的N个输出端分别用于与N个所述待测光纤二的首端相连接；所述主控模块一与所述脉冲1×N光开关一以及连续1×N光开关二通信连接；所述主控模块二与所述脉冲1×N光开关二以及连续1×N光开关一通信连接，如图2和3所示。
通过主控模块控制脉冲1×N光开关和连续1×N光开关的切换使得射入所述脉冲光一的所述待测光纤一和所述扫频连续光一的所述待测光纤一为同一个光纤、射入所述脉冲光二的所述待测光纤二和所述扫频连续光二的所述待测光纤二为同一个光纤、射入所述脉冲光一的所述待测光纤一与射入所述脉冲光二的所述待测光纤二分别为同一个所述光电复合缆中的两个光纤，如图3所示。根据本发明的一些实施例，所述主机一还包括所述脉冲1×N光开关一以及连续1×N光开关二；所述主机二还包括所述脉冲1×N光开关二以及连续1×N光开关一。
根据本发明的另一方面，还提供了基于上述长距离高分辨率布里渊光学时域分析仪的长距离高分辨率布里渊光学时域分析方法，包括以下步骤：所述脉冲连续光生成模块一产生脉冲光一、扫频连续光一；所述脉冲连续光生成模块二产生脉冲光二、以及扫频连续光二；所述脉冲光一通过所述光纤环形器一后从所述光电复合缆的待测光纤一的首端射入，所述脉冲光二通过所述光纤环形器二后所述光电复合缆的待测光纤二的末端射入；所述扫频连续光一从所述传输光纤一的首端射入并从所述传输光纤的末端射出后经过所述光学放大模块一放大再射入所述待测光纤一的末端，所述扫频连续光二从传输光纤二的首端射入并从所述传输光纤的末端射出后经过经过所述光学放大模块一放大再射入所述待测光纤二的末端；所述脉冲光一与所述扫频连续光一在所述待测光纤一中相互作用形成探测光二，所述脉冲光二与所述扫频连续光二在所述待测光纤二中相互作用形成探测光二；所述信号处理采集模块一采集所述探测光一的光强、将该光强转成数字信号一并发送给所述主控模块一，所述信号处理采集模块二采集所述探测光二的光强、将该光强转成数字信号二并发送给所述主控模块二；所述主控模块一根据所述数字信号一计算得到所述待测光纤一从首端到末端的测量数据一，所述主控模块二根据所述数字信号二计算得到所述待测光纤二从末端到首端的测量数据二；所述同步模块一讲所述测量数据一通过通信通信光纤网络发送给所述数据反演系统，所述同步模块二将所述测量数据一通过通信通信光纤网络发送给所述数据反演系统；所述数据反演系统根据所述测量数据一和所述测量数据二的精度对所述测量数据一以及测量数据二进行拼接得到最终的测量数据。
所述主控系统一在待测光纤一的各个位置点用频点-强度离散点组值进行拟合获得各点中心频率值，通过中心频率值的变化即可计算得到温度或者应变值作为测量数据一；所述主控系统二在待测光纤二的各个位置点用频点-强度离散点组值进行拟合获得各点中心频率值，通过中心频率值的变化即可计算得到温度或者应变值作为测量数据二。
另外，根据本发明公开的一种长距离高分辨率布里渊光学时域分析方法还具有如下附加技术特征：
根据本发明的一些实施例，所述扫频连续光一经过所述光学放大模块一放大后经过所述滤波模块一进行滤波处理再射入所述待测光纤一的末端；所述扫频连续光二经过所述光学放大模块二放大后经过所述滤波模块二进行滤波处理再射入所述待测光纤二的首端。
根据本发明的一些实施例，所述扫频连续光一经过所述光学放大模块一放大后经过所述隔离模块一再射入所述待测光纤一的末端；所述扫频连续光二经过所述光学放大模块二后经过所述隔离模块二再射入所述待测光纤二的首端。
根据本发明的一些实施例，以所述光电复合缆的首端作为起点截取所述测量数据一前30-70%的数据作为截取数据一，并以所述光电复合缆的末端作为起点截取所述测量数据二前面剩下的数据作为截取数据二，再以所述光电复合缆的首端作为起点将所述截取数据一与所述截取数据二进行拼接得到所述最终的测量数据。
在完全相同的工况下，测量数据一和测量数据二的截取比例都是50%。
根据本发明的一些实施例，所述脉冲光一、所述脉冲光二、所述扫频连续光一以及所述扫频连续光二的产生包括以下步骤：将所述激光器一发出的激光一经过所述耦合器一分成两束，将所述激光器二发出的激光二经过所述耦合器二分成两束；所述激光一的一束经过所述脉冲调制单元一形成所述脉冲光一，所述激光二的一束经过所述脉冲调制单元二形成所述脉冲光二；所述激光一的另一束经过所述电光调制器一形成所述扫频连续光一，所述激光二的另一束经过所述电光调制器二形成所述扫频连续光二。
根据本发明的一些实施例，所述脉冲光一、所述脉冲光二、所述扫频连续光一以及所述扫频连续光二的产生包括以下步骤：所述有脉冲用激光器一发出的脉冲用激光一经过所述脉冲调制单元一形成所述脉冲光一；所述有脉冲用激光器二发出的脉冲用激光二的一束经过所述脉冲调制单元二形成所述脉冲光二；所述连续光用激光器一发出的连续光用激光一经过与所述脉冲用激光一之间的所述锁频调制模块一的锁频形成所述扫频连续光一；所述连续光用激光器一发出的连续光用激光二经过与所述脉冲用激光二之间的所述锁频调制模块二的锁频形成所述扫频连续光二。
脉冲用激光一为用于形成脉冲光一的激光；脉冲用激光二为用于形成脉冲光二的激光；连续用激光一为用于形成扫频连续光一的激光；连续用激光二为用于形成扫频连续光二的激光。
根据本发明的一些实施例，在所述脉冲光一、所述脉冲光二、所述扫频连续光一以及所述扫频连续光二的产生前，主机一设置各光学模块参数（包括脉冲连续光模块一中各自组成的放大器的电流，以及可调光衰减器一的设定值、光学放大模块一中的工作参数）、设置信号处理采集模块一中采集板的工作参数，包括采样间隔、采样点数等等；主机二设置各光学模块参数（包括脉冲连续光模块二中各自组成的放大器的电流，以及可调光衰减器二的设定值、光学放大模块二中的工作参数）、设置信号处理采集模块二中采集板的工作参数，包括采样间隔、采样点数等等。
根据本发明的一些实施例，所述光电复合缆的数量为N个，每个所述光电复合缆具有待测光纤一和待测光纤二，在所述脉冲光一、所述脉冲光二、所述扫频连续光一以及所述扫频连续光二的产生前，所述主控模块一控制所述脉冲1×N光开关一以及连续1×N光开关二切换且所述主机二控制所述脉冲1×N光开关二以及连续1×N光开关一切换使射入所述脉冲光一的所述待测光纤一和所述扫频连续光一的所述待测光纤一为同一个光纤、射入所述脉冲光二的所述待测光纤二和所述扫频连续光二的所述待测光纤二为同一个光纤、射入所述脉冲光一的所述待测光纤一与射入所述脉冲光二的所述待测光纤二分别为同一个所述光电复合缆中的两个光纤。
根据本发明的一个实施例，测量距离为80km（环路160km），每个测量系统采用单激光器方案，激光器一和激光器二采用1550.12nm 窄线宽激光器（NKT Basik-Mikro-E15）；耦合器一和耦合器二采用偏分束器PMISO；连续光模块一和连续光模块二均包括12GHz微波源，20GHz带宽电光调制器（MX-LN-10），连续光放大EDFA模块，可调光衰减器（VOA）；脉冲光模块一和脉冲光模块二包括200MHz AOM（T-M200-0.1C2J-3-F2S）、脉冲光放大EDFA模块、可调光衰减器（VOA），扰偏器（PS）；光学放大模块一和光学放大模块二均采用拉曼放大器（BG-RFA-M-1450-500mW-FC/APC）；滤波模块一和滤波模块二均采用1450-1550 WDM（滤除1450nm以及ASE噪声）；隔离模块一和隔离模块二均采用1550nm二级ISO；测量数据一如图4所示，横坐标从左至右表示光电复合缆从首端至末端的距离，测量数据一在光电复合缆的首端的数据精度较高，末端精度较低；测量数据二如图5所示，横坐标从左至右表示光电复合缆从末端至首端的距离，测量数据二在光电复合缆的末端的数据精度较高，首端精度较低；主机一的通信模块一和主机二的通信模块二通过通信通信光纤网络将测量数据一和测量数据二发送给据反演系统；反演系统截取测量数据一在如图4所示的横坐标从0-46km的数据作为截取数据一，截取测量数据二在如图5所示的横坐标从0-34km的数据作为截取数据二，再将截取数据一与截取数据二相拼接得到最终的测量数据，如图6所示。
将图4和图5与图6做对比可以看出，最终的测量数据整体精度较高。
任何提及“一个实施例”、“实施例”、“示意性实施例”等意指结合该实施例描述的具体构件、结构或者特点包含于本发明的至少一个实施例中；在本说明书各处的该示意性表述不一定指的是相同的实施例；而且，当结合任何实施例描述具体构件、结构或者特点时，所主张的是，结合其他的实施例实现这样的构件、结构或者特点均落在本领域技术人员的范围之内。
尽管参照本发明的多个示意性实施例对本发明的具体实施方式进行了详细的描述，但是必须理解，本领域技术人员可以设计出多种其他的改进和实施例，这些改进和实施例将落在本发明原理的精神和范围之内；具体而言，在前述公开、附图以及权利要求的范围之内，可以在零部件和/或者从属组合布局的布置方面作出合理的变型和改进，而不会脱离本发明的精神；除了零部件和/或布局方面的变型和改进，其范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种长距离高分辨率布里渊光学时域分析仪，其特征在于，包括：
测量系统一，具有脉冲连续光生成模块一、信号处理采集模块一、通信模块一、主控模块一以及光学放大模块一；所述脉冲连续光模块一具有脉冲输出端一以及连续光输出端一；所述脉冲输出端一与光纤环形器一的第一端口相连接，所述光纤环形器一的第二端口用于与光电复合缆的待测光纤一的首端直接或间接相连接，所述连续光输出端一用于与传输光纤一的首端直接或间接相连接，所述光学放大模块一的输入端和输出端分别用于与传输光纤一的末端和所述待测光纤一的末端直接或间接相连接；所述光纤环形器一的第三端口与所述信号处理采集模块一的输入端相连接，所述主控模块一与所述信号处理采集模块一和所述通信模块一通信连接；
测量系统二，具有脉冲连续光生成模块二、信号处理采集模块二、通信模块二、主控模块二以及光学放大模块二；所述脉冲连续光模块二具有脉冲输出端二以及连续光输出端二；所述脉冲输出端二与光纤环形器二的第一端口相连接，所述光纤环形器二的第二端口用于与所述光电复合缆的待测光纤二的末端直接或间接相连接，所述连续光输出端二用于与传输光纤二的末端直接或间接相连接，所述光学放大模块二的输入端和输出端分别用于与传输光纤二的首端和所述待测光纤二的首端直接或间接相连接；所述光纤环形器二的第三端口与所述信号处理采集模块二的输入端相连接，所述主控模块二与所述信号处理采集模块二和所述通信模块二通信连接；
数据反演系统，分别与所述通信模块一和所述通信模块二通信连接。
2.根据权利要求1所述的一种长距离高分辨率布里渊光学时域分析仪，其特征在于，所述测量系统一还包括隔离模块一，所述隔离模块一的输入端与所述光学放大模块一的输出端直接或间接相连接，所述隔离模块一的输出端用于与所述待测光纤一的末端直接或间接相连接；
所述测量系统二还包括隔离模块二，所述隔离模块二的输入端与所述光学放大模块二的输出端直接或间接相连接，所述隔离模块二的输出端用于与所述待测光纤二的首端直接或间接相连接。
3.根据权利要求1所述的一种长距离高分辨率布里渊光学时域分析仪，其特征在于，所述测量系统一还包括滤波模块一，所述滤波模块一的输入端与所述光学放大模块一的输出端直接或间接相连接，所述滤波模块一的输出端用于与所述待测光纤一的末端直接或间接相连接；
所述测量系统二还包括滤波模块二，所述滤波模块二的输入端与所述光学放大模块二的输出端直接或间接相连接，所述滤波模块二的输出端用于与所述待测光纤二的首端直接或间接相连接。
4.根据权利要求1所述的一种长距离高分辨率布里渊光学时域分析仪，其特征在于，还包括主机一和主机二，所述主机一包括所述脉冲连续光模块一、所述信号处理采集模块一、所述通信模块一、所述主控模块一以及所述光学放大模块二；所述主机二包括所述脉冲连续光模块二、所述信号处理采集模块二、所述通信模块二、所述主控模块二以及所述光学放大模块一。
5.根据权利要求1所述的一种长距离高分辨率布里渊光学时域分析仪，其特征在于，所述测量系统一还包括激光器一以及耦合器一；所述脉冲连续光模块一具有脉冲光模块一和连续光模块一；所述激光器一的输出端与所述耦合器一的输入端相连接，所述耦合器一的两个输出端分别与所述脉冲光模块一和所述连续光模块一相连接；
所述测量系统二还包括激光器二以及耦合器二；所述脉冲连续光模块二具有脉冲光模块二和连续光模块二；所述激光器二的输出端与所述耦合器二的输入端相连接，所述耦合器二的两个输出端分别与所述脉冲光模块二和所述连续光模块二相连接。
6.根据权利要求5所述的一种长距离高分辨率布里渊光学时域分析仪，其特征在于，所述连续光模块一具有微波源一以及电光调制器一；所述电光调制器一的光输入端与所述耦合器一的一个所述输出端相连接，所述电光调制器一的电信号输入端与所述微波源相连接；所述电光调制器一的输出端用于与所述传输光纤一的首端直接或间接相连接；
所述连续光模块二具有微波源二以及电光调制器二；所述电光调制器二的光输入端与所述耦合器二的一个所述输出端相连接，所述电光调制器二的电信号输入端与所述微波源相连接；所述电光调制器二的输出端用于与所述传输光纤二的末端直接或间接相连接。
7.根据权利要求1所述的一种长距离高分辨率布里渊光学时域分析仪，其特征在于，所述测量系统一具有锁频调制模块一；所述脉冲连续光模块一具有脉冲光模块一和连续光模块一，所述脉冲光模块具有脉冲用激光器一、脉冲调制单元一；所述连续光模块一具有连续光用激光器一；所述锁频调制模块一分别与所述脉冲用激光器一与所述连续光用激光器一相连接；
所述测量系统二具有锁频调制模块二；所述脉冲连续光模块二具有脉冲光模块二和连续光模块二，所述脉冲光模块具有脉冲用激光器二、脉冲调制单元二；所述连续光模块二具有连续光用激光器二；所述锁频调制模块二分别与所述脉冲用激光器二与所述连续光用激光器二相连接。
8.根据权利要求1所述的一种长距离高分辨率布里渊光学时域分析仪，其特征在于，所述测量系统一还包括脉冲1×N光开关一以及连续1×N光开关一；所述脉冲1×N光开关一的输入端与所述光纤环形器一的第二端口相连接，所述脉冲1×N光开关一的N个输出端分别用于与N个光电复合缆的所述待测光纤一的首端相连接；所述连续1×N光开关一的输入端与所述光学放大模块一的输出端相连接，所述连续1×N光开关一的N个输出端分别用于与N个所述待测光纤一的末端相连接；
所述测量系统二还包括脉冲1×N光开关二以及连续1×N光开关二；所述脉冲1×N光开关二的输入端与所述光纤环形器二的第二端口相连接，所述脉冲1×N光开关二的N个输出端分别用于与所述N个光电复合缆的所述待测光纤二的末端相连接；所述连续1×N光开关二的输入端与所述光学放大模块二的输出端相连接，所述连续1×N光开关二的N个输出端分别用于与N个所述待测光纤二的首端相连接；
所述主控模块一与所述脉冲1×N光开关一以及连续1×N光开关二通信连接；所述主控模块二与所述脉冲1×N光开关二以及连续1×N光开关一通信连接。
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