CN114088123B - 基于布里渊光时域分析的传感装置和传感方法 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种基于布里渊光时域分析的传感装置及方法。所述装置包括：脉冲光输入端、连续光输入端、分束器、待测光纤、辅助光纤、传输光纤、中继模块以及光探测器。其中，分束器用于将脉冲光信号分束为第一路脉冲光和第二路脉冲光。中继模块用于在第一时域接收连续光信号并传输至待测光纤，在第二时域传输第二路脉冲光至传输光纤，以及传输连续光信号和第二路脉冲光在传输光纤内形成的第二待测光。光探测器用于在第一时域采集由连续光信号和第一路脉冲光形成的第一待测光，在第二时域采集由连续光和第二路脉冲光形成的第二待测光。本公开能够有效提高布里渊光时域分析传感系统长距离监测的测试精度。
Description
技术领域
本公开涉及光通信技术领域，特别是涉及一种基于布里渊光时域分析的传感装置和传感方法。
背景技术
分布式光纤传感系统为长距离恶劣环境下的温度、应变、振动等物理量的分布式在线监测提供了技术手段。其中，布里渊光学时域分析（Brillouin optical time domainanalysis, BOTDA）传感系统相对于其他分布式光纤传感系统来说，测量距离更长且测量精度更高。
然而，BOTDA传感系统的测量精度会随光纤距离变长而变差。例如，在光纤首端（离脉冲光输入端近端）和光纤末端（离连续光输入端近端）之间传输距离较长的情况下，从光纤首端及首端附近区域获取的测量信号的测量精度较高，从光纤末端及末端附近区域获取的测量信号的测量精度较差。因此，在长距离监测时，难以保证BOTDA系统的测量精度。
因此，如何有效的提高BOTDA传感系统长距离监测的测试精度是亟需解决的问题。
发明内容
基于此，有必要提供一种基于布里渊光时域分析的传感装置和传感方法，以有效提高布里渊光时域分析传感系统在长距离监测中的测试精度。
根据本公开实施例的一个方面，提供一种基于布里渊光时域分析的传感装置。基于布里渊光时域分析的传感装置包括：脉冲光输入端、连续光输入端、分束器、待测光纤、辅助光纤、传输光纤、中继模块以及光探测器。其中，脉冲光输入端用于传输脉冲光信号。连续光输入端用于传输连续光信号。分束器与脉冲光输入端耦接，用于将脉冲光信号分束为第一路脉冲光和第二路脉冲光。待测光纤与分束器耦接，用于接收第一路脉冲光。辅助光纤与分束器耦接，用于接收第二路脉冲光。传输光纤与连续光输入端耦接，用于接收连续光信号。中继模块与待测光纤、辅助光纤、传输光纤耦接，用于在第一时域接收连续光信号并传输至待测光纤，在第二时域传输第二路脉冲光至传输光纤，以及传输第二待测光至待测光纤。光探测器与待测光纤远离中继模块的一端耦接，用于在第一时域采集第一待测光，在第二时域采集第二待测光。
上述第一待测光为连续光信号和第一路脉冲光在待测光纤内因受激布里渊散射效应形成的光信号。
上述第二待测光为连续光信号与第二路脉冲光在传输光纤内因受激布里渊散射效应形成的光信号。
本公开实施例提供的基于布里渊光时域分析的传感装置，可以根据同一脉冲光信号和连续光信号，在第一时域采集到第一待测光，并在第二时域采集到第二待测光。从而能够结合第一待测光和第二待测光，综合确定布里渊光时域分析传感系统的探测结果。进而有效提高布里渊光时域分析传感系统长距离监测时的测试精度。
在一些实施例中，辅助光纤的传输长度大于待测光纤的传输长度。如此，可以增加第二路脉冲光在辅助光纤内的传输时长，以确保第二光通路内光信号的传输滞后于第一光通路内光信号的传输。也即，第二时域位于第一时域之后。
在一些实施例中，中继模块包括：第一光纤环形器。第一光纤环形器具有第一端、第二端和第三端。第一端与辅助光纤耦接，用于接收第二路脉冲光，并传输至第二端。第二端与传输光纤耦接，用于在第一时域接收连续光信号并传输至第三端，在第二时域将第二路脉冲光传输至传输光纤，并接收第二待测光。第三端与待测光纤耦接，用于在第一时域将连续光信号传输至待测光纤，在第二时域将第二待测光传输至待测光纤。
在一些实施例中，中继模块还包括：耦接于辅助光纤和第一光纤环形器的第一端之间的第一放大器。第一放大器用于放大第二路脉冲光，并将放大后的第二路脉冲光传输至第一光纤环形器的第一端。如此，第一放大器能够放大第二路脉冲光，以确保在经过长距离传输后传入传输光纤的第二路脉冲光仍然具备较高的光信号质量，例如避免了第二路脉冲光因长距离传输造成能量损耗。
在一些实施例中，中继模块还包括：依次耦接于辅助光纤和第一放大器之间的冗余光纤和滤波器。冗余光纤用于接收第二路脉冲光，并将第二路脉冲光传输至滤波器。滤波器用于对第二路脉冲光进行旁瓣滤除，并将滤除旁瓣后的第二路脉冲光传输至第一放大器。
本公开实施例中，可以利用冗余光纤增加第二光通路内光信号的传输长度，以确保第二路脉冲光在传入传输光纤之前，第一路脉冲光已传输至待测光纤末端（远离光探测器一端），从而避免发生信号混叠的问题。并且，本公开实施例中，一方面可以利用滤波器对长距离传输后的脉冲光进行光谱整形，确保被第一放大器放大后的第二路脉冲光的光谱质量。另一方面，可以利用滤波器滤除第二路脉冲光传输过程中因受到光纤非线性效应-调制不稳定性而导致的光谱旁瓣，从而保证第二路脉冲光的光谱形状与第一路脉冲光的光谱形状一致。
在一些实施例中，中继模块还包括：耦接于待测光纤和第一光纤环形器的第三端之间的第二放大器。第二放大器用于在第一时域放大连续光信号并将放大后的连续光信号传输至待测光纤，在第二时域放大第二待测光并将放大后的第二待测光传输至待测光纤。如此，第二放大器能够在第一时域放大连续光信号，在第二时域放大第二待测光。从而确保在经过长距离传输后传入待测光纤的连续光信号或第二待测光仍然具备较高的光信号质量。
根据本公开实施例的另一方面，提供一种基于布里渊光时域分析的传感方法。前述基于布里渊光时域分析的传感装置所能实现的技术效果，所述基于布里渊光时域分析的传感方法也均能实现，此处不再详述。
所述基于布里渊光时域分析的传感方法包括步骤如下。
将脉冲光信号分束为第一路脉冲光和第二路脉冲光，并将第一路脉冲光传输至待测光纤，将第二路脉冲光传输至辅助光纤。
将连续光信号传输至传输光纤。
在第一时域，传输光纤将连续光信号传输至待测光纤，以使连续光信号和第一路脉冲光在待测光纤内因受激布里渊散射效应形成第一待测光。光探测器采集第一待测光。
在第二时域，辅助光纤将第二路脉冲光传输至传输光纤，以使第二路脉冲光和连续光信号在传输光纤中因受激布里渊散射效应形成第二待测光。并且，传输光纤将第二待测光传输至待测光纤。光探测器采集第二待测光。
可选的，辅助光纤将第二路脉冲光传输至传输光纤，包括步骤如下。
辅助光纤将第二路脉冲光传输至第一放大器。
第一放大器放大第二路脉冲光并将放大后的第二路脉冲光传输至传输光纤。
可选的，辅助光纤将第二路脉冲光传输至第一放大器，包括步骤如下。
辅助光纤将第二路脉冲光传输至冗余光纤。
冗余光纤将第二路脉冲光传输至滤波器。
滤波器对第二路脉冲光进行旁瓣滤除，并将滤除旁瓣后的第二路脉冲光传输至第一放大器。
可选的，传输光纤将连续光信号传输至待测光纤，包括：传输光纤将连续光信号传输至第二放大器；第二放大器放大连续光信号，并将放大后的连续光信号传输至待测光纤。
传输光纤将第二待测光传输至待测光纤，包括：传输光纤将第二待测光传输至第二放大器。第二放大器放大第二待测光，并将放大后的第二待测光传输至待测光纤。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例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公开的一些实施例，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为一实施例中提供的一种基于布里渊光时域分析的传感装置的结构示意图；
图2为一实施例中提供的一种传感光缆的结构示意图；
图3为一实施例中提供的另一种基于布里渊光时域分析的传感装置的结构示意图；
图4为一实施例中提供的一种基于布里渊光时域分析的传感方法的流程示意图；
图5为一实施例中提供的第一时域中第一路脉冲光、连续光信号及第一待测光的传输路径图；
图6为一实施例中提供的第二时域中第二路脉冲光、连续光信号及第二待测光的传输路径图。
附图标记说明：
11-脉冲光输入端，12-连续光输入端，2-分束器，3-待测光纤，31-第三光纤环形器，4-辅助光纤，5-传输光纤，
6-中继模块，61-第一光纤环形器，62-第一放大器，63-冗余光纤，64-滤波器，65-第二光纤环形器，66-第二放大器，67-隔离器，
7-光探测器，8-待测光缆，
P1-第一路脉冲光，P2-第二路脉冲光，C-连续光信号，T1-第一待测光，T2-第二待测光。
具体实施方式
为了便于理解本公开，下面将参照相关附图对本公开进行更全面的描述。附图中给出了本公开的实施例。但是，本公开可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本公开的公开内容更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本公开的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本公开的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本公开。
应当明白，当元件被称为与其它元件“连接”或“耦接”时，其可以直接地连接或耦接到其它元件，或者可以存在居间的元件。相反，当元件被称为“直接连接到”或“直接耦接到”其它元件时，则不存在居间的元件。
应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，但这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本公开教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。
在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
在分布式光纤传感系统中，采用布里渊光时域分析（Brillouin optical timedomain analysis, BOTDA）传感系统对长距离光纤的沿线进行温度及应变监测是当今国内外的主流技术手段之一。
BOTDA传感系统的使用原理如下所述：
将两束频率差接近光纤布里渊频率的脉冲光和连续光分别注入传感光纤的两端，令脉冲光和连续光在传感光纤中相向传输。这样在脉冲光和连续光相遇的过程中，脉冲光和连续光之间基于受激布里渊散射（Stimulated Brillouin Scattering，SBS）效应将发生能量交换后，连续光转变为布里渊连续光。SBS效应受到脉冲光与连续光的频率差的影响，其中，当脉冲光与连续光频率差等于光纤的布里渊频率时，SBS效应最强。因此，对连续光扫频，使其与脉冲光的频率差在布里渊频率附近变化，并通过光探测器监测布里渊连续光的功率变化，可得到形如洛伦兹曲线的布里渊谱，洛伦兹曲线的中心即为布里渊频率。当传感光纤中的温度或应变发生变化时，布里渊频率会产生移动。如此，通过对布里渊频率变化的解调，即可实现对应温度或应变的传感。
此外，根据脉冲光入射时间与接收到布里渊连续光的时间差，再结合传感光纤中的光速，即可实现温度或应变变化所在位置的定位。从而可以完成分布式的温度及应变传感。
随着目前工程应用中待监测距离的不断增加，BOTDA传感系统在长距离监测时，难以保证其测量精度。
鉴于上述现有技术的不足，本申请的目的在于提供基于布里渊光时域分析的传感装置和传感方法，旨在解决如何有效的提高BOTDA传感系统长距离监测的测试精度的问题。
请参阅图1，本公开一些实施例提供了一种基于布里渊光时域分析的传感装置，以应用于BOTDA传感系统中。该传感装置包括：脉冲光输入端11、连续光输入端12、分束器2、待测光纤3、辅助光纤4、传输光纤5、中继模块6以及光探测器7。
脉冲光输入端11用于传输脉冲光信号。分束器2与脉冲光输入端11耦接，用于将脉冲光信号分束为第一路脉冲光P1和第二路脉冲光P2。待测光纤3与分束器2耦接，用于接收第一路脉冲光P1。辅助光纤4与分束器2耦接，用于接收第二路脉冲光P2。
在一些实施例中，分束器2为1×2光纤耦合器。可选的，1×2光纤耦合器分光比为50比50。分束器2可以将脉冲光输入端11传输的脉冲光信号等分为第一路脉冲光P1和第二路脉冲光P2，并将第一路脉冲光P1传输至待测光纤3，将第二路脉冲光P2传输至辅助光纤4。
连续光输入端12用于传输连续光信号C。传输光纤5与连续光输入端耦接，用于接收连续光信号C。
中继模块6与待测光纤3、辅助光纤4、传输光纤5耦接，用于：在第一时域接收连续光信号C并传输至待测光纤3，以使连续光信号C与第一路脉冲光P1在待测光纤3内因受SBS效应形成第一待测光T1。
在第二时域传输第二路脉冲光P2至传输光纤5，以及传输第二待测光T2至待测光纤3。其中，第二待测光T2为连续光信号C与第二路脉冲光P2在传输光纤5内因SBS效应形成的光信号。
光探测器7与待测光纤3远离中继模块6的一端耦接，用于在第一时域采集第一待测光T1，在第二时域采集第二待测光T2。
本公开实施例中，待测光纤3通过中继模块6与传输光纤5耦接，可以在脉冲光输入端11和连续光输入端12之间形成第一光通路，以在第一光通路中形成第一待测光T1。在此基础上，辅助光纤4通过中继模块6与传输光纤5耦接，可以在已有第一光通路的基础上，由辅助光纤4、中继模块6、传输光纤5、中继模块6和待测光纤3依序构成第二光通路，以在第二光通路中形成第二待测光T2。
并且，第一光通路内光信号的传输可以在第一时域进行，第二光通路内光信号的传输可以在第二时域进行。也即，本公开实施例可以利用中继模块6，使得第一光通路和第二光通路内光信号的传输分别在不同的时域进行。
由上，本公开实施例提供的基于布里渊光时域分析的传感装置，可以根据同一脉冲光信号和连续光信号C，在第一时域采集到第一待测光T1，并在第二时域采集到第二待测光T2。从而能够结合第一待测光T1和第二待测光T2，综合确定基于布里渊光时域分析的传感装置的探测结果。进而有效提高布里渊光时域分析传感系统长距离监测时的测试精度。
可以理解的是，光纤作为传输光信号的一种媒介质，通常细而柔软。在光纤外侧设置其他构件或附属保护层，可以对光纤进行保护。由此，光纤通常设置于光缆内。
可选的，请参阅图2，待测光纤3、辅助光纤4以及传输光纤5可以集成于同一待测光缆8中。也即，本公开实施例中的待测光纤3、辅助光纤4以及传输光纤5，可以采用同一待测光缆8中的任意3根单模光纤构成。
相应的，脉冲光输入端11和连续光输入端12可以集成于同一光输入模块中，以与光缆对应耦接。
需要补充的是，前述第一待测光T1和第二待测光T2分别在不同时域中获得。基于此，可选的，辅助光纤4的传输长度大于待测光纤3的传输长度，可以增加第二路脉冲光P2在辅助光纤4内的传输时长，以确保第二光通路内光信号的传输滞后于第一光通路内光信号的传输。也即，第二时域位于第一时域之后。
上述一些实施例中，中继模块6用于实现第一光通路和第二光通路内光信号的中转，中继模块6的结构可以根据实际需求选择设置。
请参阅图3，在一些实施例中，中继模块6包括第一光纤环形器61，第一光纤环形器61具有第一端a、第二端b和第三端c。
第一光纤环形器61的第一端a与辅助光纤4耦接，用于接收第二路脉冲光P2，并传输至第一光纤环形器61的第二端b。
第一光纤环形器61的第二端b与传输光纤5耦接，用于在第一时域接收连续光信号C并传输至第一光纤环形器61的第三端c，在第二时域将第二路脉冲光P2传输至传输光纤5，并接收第二待测光T2。
第一光纤环形器61的第三端c与待测光纤3耦接，用于在第一时域将连续光信号C传输至待测光纤3，在第二时域将第二待测光T2传输至待测光纤3。
请继续参阅图3，在一些实施例中，中继模块6还包括耦接于辅助光纤4和第一光纤环形器61的第一端a之间的第一放大器62，第一放大器62用于放大第二路脉冲光P2，并将放大后的第二路脉冲光P2传输至第一光纤环形器61的第一端a。如此，第一放大器62能够放大第二路脉冲光P2，以确保在经过长距离传输后传入传输光纤5的第二路脉冲光P2仍然具备较高的光信号质量，例如避免了第二路脉冲光P2因长距离传输造成能量损耗。
可选的，第一放大器62为掺铒光纤放大器。
请继续参阅图3，在一些实施例中，中继模块6还包括依次耦接于辅助光纤4和第一放大器62之间的冗余光纤63和滤波器64。冗余光纤63用于接收第二路脉冲光P2，并将第二路脉冲光P2传输至滤波器64。滤波器64用于对第二路脉冲光P2进行旁瓣滤除，并将滤除旁瓣后的第二路脉冲光P2传输至第一放大器62。
可选的，冗余光纤63可以增加第二光通路内光信号的传输长度，以确保第二路脉冲光P2在传入传输光纤5之前，第一路脉冲光P1已传输至待测光纤3的末端，确保传输光纤5和待测光纤3构成的光路中不会同时存在两束脉冲光。从而避免发生信号混叠的问题。
可选的，冗余光纤63的长度的取值范围为500m~1km。冗余光纤63的长度为500m、600m、800m或1km。
可选的，滤波器64为光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Grating，简称FBG）。
可选的，光纤布拉格光栅的带宽为0.01nm~0.1nm。例如为0.01nm、0.02nm、0.05nm、0.08nm或0.1nm。
由于脉冲光的峰值功率较高且脉宽较窄，容易在传输过程中因受到光纤的非线性效应-调制不稳定性的影响而产生光谱旁瓣，也即导致脉冲光谱发生严重畸变。因此，本公开实施例在第一放大器62和冗余光纤63之间设置滤波器64。一方面可以利用滤波器64对长距离传输后的脉冲光进行光谱整形，确保被第一放大器62放大后的第二路脉冲光P2的光谱质量。另一方面，可以利用滤波器64滤除第二路脉冲光P2传输过程中因受到光纤非线性效应-调制不稳定性而导致的光谱旁瓣，从而保证第二路脉冲光P2的光谱形状与第一路脉冲光P1的光谱形状一致。
此外，请继续参阅图3，在一些实施例中，基于布里渊光时域分析的传感装置还包括第二光纤环形器65。第二光纤环形器65具有第一端a、第二端b和第三端c。
第二光纤环形器65的第一端a与冗余光纤63耦接，用于接收冗余光纤63传输的第二路脉冲光P2，并传输至第二光纤环形器65的第二端b。
第二光纤环形器65的第二端b与滤波器64耦接，用于将前述的第二路脉冲光P2传输至滤波器64，并将滤波器64滤除旁瓣后的第二路脉冲光P2传输至第二光纤环形器65的第三端c。
第二光纤环形器65的第三端c与第一放大器62耦接，用于将滤除旁瓣后的第二路脉冲光P2传输至第一放大器62。
请继续参阅图3，在一些实施例中，中继模块6还包括耦接于待测光纤3和第一光纤环形器61的第三端c之间的第二放大器66。第二放大器66用于在第一时域放大连续光信号C并将放大后的连续光信号C传输至待测光纤3，在第二时域放大第二待测光T2并将放大后的第二待测光T2传输至待测光纤3。如此，第二放大器66能够在第一时域放大连续光信号C，在第二时域放大第二待测光T2。从而确保在经过长距离传输后传入待测光纤3的连续光信号C或第二待测光T2仍然具备较高的光信号质量。
可选的，第二放大器66为掺铒光纤放大器。
在一些实施例中，请继续参阅图3，中继模块6还包括耦接于待测光纤3和第二放大器66之间的隔离器67。隔离器67用于实现光信号的单向传输，可以防止待测光纤3中的第一路脉冲光P1传入中继模块6中。
可以理解的是，掺铒光纤放大器通常具备光隔离功能，也即可以用于实现光信号的单向传输。这样在第二放大器66采用掺铒光纤放大器的示例中，中继模块6也可以不包括独立设置的隔离器67。
上述一些实施例中，待测光纤3远离中继模块6的一端需要与光探测器7、分束器2分别耦接。因此，请继续参阅图3，在一些实施例中，基于布里渊光时域分析的传感装置还包括第三光纤环形器31。第三光纤环形器31具有第一端a、第二端b和第三端c。
第三光纤环形器31的第一端a与分束器2耦接，用于接收第一路脉冲光P1，并传输至第三光纤环形器31的第二端b。
第三光纤环形器31的第二端b与待测光纤3耦接，用于将第一路脉冲光P1传输至待测光纤3，并在第一时域接收第一待测光T1，在第二时域接收第二待测光T2。
第三光纤环形器31的第三端c与光探测器7耦接，用于在第一时域将第一待测光T1传输至光探测器7，在第二时域将第二待测光T2传输至光探测器7。
请参阅图4~图6，基于同样的发明构思，本公开实施例还提供了一种基于布里渊光时域分析的传感方法，由上述一些实施例中的基于布里渊光时域分析的传感装置实施。所述基于布里渊光时域分析的传感方法包括步骤如下。
S100，将脉冲光信号分束为第一路脉冲光P1和第二路脉冲光P2，并将第一路脉冲光P1传输至待测光纤3，将第二路脉冲光P2传输至辅助光纤4。
此处，脉冲光信号通过脉冲光输入端11输入。脉冲光信号可以通过分束器2等分为第一路脉冲光P1和第二路脉冲光P2。
S200，将连续光信号C传输至传输光纤5。
可选的，请结合图2理解，待测光纤3、辅助光纤4以及传输光纤5集成于同一待测光缆8中。
此处，连续光信号C通过连续光输入端12输入。
此外，上述步骤S100和S200同步进行。
S300，在第一时域，传输光纤5将连续光信号C传输至待测光纤3，以使连续光信号C和第一路脉冲光P1在待测光纤3内发生SBS效应形成第一待测光T1，例如图5中所示。
可以理解，传输光纤5和待测光纤3之间通过中继模块6耦接。在第一时域，连续光信号C通过中继模块6从传输光纤5传输至待测光纤3中。
可选的，请结合图3理解，中继模块6包括第二放大器66和隔离器67。传输光纤5将连续光信号C传输至待测光纤3，包括：传输光纤5将连续光信号C传输至第二放大器66；第二放大器66放大连续光信号C，并将放大后的连续光信号C通过隔离器67传输至待测光纤3。如此，第二放大器66能够在第一时域放大连续光信号C，从而确保在经过长距离传输后传入待测光纤3的连续光信号C仍然具备较高的光信号质量。并且，隔离器67可以防止待测光纤3中的第一路脉冲光P1传入中继模块6中。
S400，光探测器7采集第一待测光T1。
可以理解，脉冲光信号从待测光纤3的首端（靠近光探测器7一端）输入，因此，待测光纤3首端的脉冲光能量较大，信噪比较高。并且，随着脉冲光信号逐渐传输至待测光纤3的末端，其信噪比逐渐减小。
基于此，可选的，考虑工程现场的光缆质量和信号传输质量，光探测器7采集待测光纤3首端至末端中前40%至60%区域内的第一待测光T1作为第一测量数据。
S500，在第二时域，辅助光纤4将第二路脉冲光P2传输至传输光纤5，以使第二路脉冲光P2和连续光信号C在传输光纤5中因SBS效应形成第二待测光T2，传输光纤5将第二待测光T2传输至待测光纤3，例如图6中所示。
可以理解，辅助光纤4和传输光纤5之间通过中继模块6耦接。第二路脉冲光P2通过中继模块6从辅助光纤4传输至传输光纤5中。
可选的，请结合图3理解，中继模块6包括第一放大器62。辅助光纤4将第二路脉冲光P2传输至传输光纤5，包括：辅助光纤4将第二路脉冲光P2传输至第一放大器62；第一放大器62放大第二路脉冲光P2并将放大后的第二路脉冲光P2传输至传输光纤5。如此，第一放大器62能够放大第二路脉冲光P2，从而确保在经过长距离传输后传入传输光纤5的第二路脉冲光P2仍然具备较高的光信号质量。
可选的，请结合图3理解，辅助光纤4和中继模块6之间依次耦接有冗余光纤63和滤波器64。辅助光纤4将第二路脉冲光P2传输至第一放大器62，包括步骤如下。辅助光纤4将第二路脉冲光P2传输至冗余光纤63。冗余光纤63将第二路脉冲光P2传输至滤波器64。滤波器64对第二路脉冲光P2进行旁瓣滤除，并将滤除旁瓣后的第二路脉冲光P2传输至第一放大器62。
由于脉冲光的峰值功率较高且脉宽较窄，容易在传输过程中因受到光纤的非线性效应-调制不稳定性的影响而产生光谱旁瓣，也即导致脉冲光谱发生严重畸变。因此，本公开实施例在第一放大器62和冗余光纤63之间设置滤波器64。一方面可以利用滤波器64对长距离传输后的脉冲光进行光谱整形，确保被第一放大器62放大后的第二路脉冲光P2的光谱质量。另一方面，可以利用滤波器64滤除第二路脉冲光P2传输过程中因受到光纤非线性效应-调制不稳定性而导致的光谱旁瓣，从而保证第二路脉冲光P2的光谱形状与第一路脉冲光P1的光谱形状一致。
可选的，请结合图3理解，中继模块6包括第二放大器66和隔离器67。传输光纤5将第二待测光T2传输至待测光纤3，包括：传输光纤5将第二待测光T2传输至第二放大器66；第二放大器66放大第二待测光T2，并将放大后的第二待测光T2通过隔离器67传输至待测光纤3。如此，第二放大器66能够在第二时域放大第二待测光T2，从而确保在经过长距离传输后传入待测光纤3的第二待测光T2仍然具备较高的光信号质量。并且，隔离器67可以防止待测光纤3中的第一路脉冲光P1传入中继模块6中。
S600，光探测器7采集第二待测光T2。
可以理解，第二时域滞后于第一时域，第二待测光T2在第二时域从待测光纤3的末端输入。
可以理解，第二脉冲光信号P2经放大后，从传输光纤5的末端输入，向传输光纤5的首端方向传输，因此，传输光纤5末端的脉冲光能量较大，信噪比较高。并且，随着第二脉冲光信号P2逐渐传输至传输光纤5的首端，其信噪比逐渐减小。
基于此，可选的，考虑工程现场的光缆质量和信号传输质量，光探测器7采集传输光纤5首端至末端中后60%至40%区域内的第二待测光T2作为第二测量数据。
可以理解，由于待测光纤3和传输光纤5属于同一根待测光缆8中的光纤，二者紧密布设与光缆内部，可以认为，在待测光纤3和传输光纤5上的任意位置所受到的温度、应变信息相同，且等同于在待测光缆8相应位置所受到的温度、应变信息。
由上，光探测器7采集待测光纤3首端至末端中前40%至60%区域内的第一待测光T1作为第一测量数据，采集传输光纤5首端至末端中后60%至40%区域内的第二待测光T2作为第二测量数据，可以在将第一测量数据和第二数量数据拼接汇总后获得待测光缆8全段的测量数据，并确保待测光缆8全段的信噪比均处于较高水平。从而有效提高布里渊光时域分析传感系统长距离监测时的测试精度。
此外，上述一些实施例中的基于布里渊光时域分析的传感装置及方法，还可以根据脉冲光信号入射时间与光探测器7采样时间之间的差值，结合光速来实现检测位置的定位。本公开实施例对此不再详述。
在本说明书的描述中，上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本公开的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本公开构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本公开的保护范围。因此，本公开专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种基于布里渊光时域分析的传感装置，其特征在于，包括：
脉冲光输入端，用于传输脉冲光信号；
连续光输入端，用于传输连续光信号；
分束器，与所述脉冲光输入端耦接，用于将所述脉冲光信号分束为第一路脉冲光和第二路脉冲光；
待测光纤，与所述分束器耦接，用于接收所述第一路脉冲光；
辅助光纤，与所述分束器耦接，用于接收所述第二路脉冲光；
传输光纤，与所述连续光输入端耦接，用于接收所述连续光信号；
中继模块，与所述待测光纤、所述辅助光纤、所述传输光纤耦接，用于在第一时域接收所述连续光信号并传输至所述待测光纤，以使所述连续光信号和所述第一路脉冲光在所述待测光纤内因受激布里渊散射效应形成第一待测光；以及用于在第二时域传输所述第二路脉冲光至所述传输光纤，以及传输第二待测光至所述待测光纤，所述第二待测光为所述连续光信号与所述第二路脉冲光在所述传输光纤内因受激布里渊散射效应形成的光信号；
以及，光探测器，与所述待测光纤远离所述中继模块的一端耦接，用于在所述第一时域采集第一待测光，在所述第二时域采集所述第二待测光。
2.根据权利要求1所述的传感装置，其特征在于，所述中继模块包括：第一光纤环形器；所述第一光纤环形器具有第一端、第二端和第三端；
所述第一端与所述辅助光纤耦接，用于接收所述第二路脉冲光，并传输至所述第二端；
所述第二端与所述传输光纤耦接，用于在所述第一时域接收所述连续光信号并传输至所述第三端，在所述第二时域将所述第二路脉冲光传输至所述传输光纤，并接收所述第二待测光；
所述第三端与所述待测光纤耦接，用于在所述第一时域将所述连续光信号传输至所述待测光纤，在所述第二时域将所述第二待测光传输至所述待测光纤。
3.根据权利要求2所述的传感装置，其特征在于，所述中继模块还包括：耦接于所述辅助光纤和所述第一光纤环形器的第一端之间的第一放大器；所述第一放大器用于放大所述第二路脉冲光，并将放大后的所述第二路脉冲光传输至所述第一光纤环形器的第一端。
4.根据权利要求3所述的传感装置，其特征在于，所述中继模块还包括：依次耦接于所述辅助光纤和所述第一放大器之间的冗余光纤和滤波器；
所述冗余光纤用于接收所述第二路脉冲光，并将所述第二路脉冲光传输至所述滤波器；
所述滤波器用于对所述第二路脉冲光进行旁瓣滤除，并将滤除旁瓣后的所述第二路脉冲光传输至所述第一放大器。
5.根据权利要求2所述的传感装置，其特征在于，所述中继模块还包括：耦接于所述待测光纤和所述第一光纤环形器的第三端之间的第二放大器；所述第二放大器用于在所述第一时域放大所述连续光信号并将放大后的所述连续光信号传输至所述待测光纤，在所述第二时域放大所述第二待测光，并将放大后的所述第二待测光传输至所述待测光纤。
6.根据权利要求1~5中任一项所述的传感装置，其特征在于，所述辅助光纤的传输长度大于所述待测光纤的传输长度。
7.一种基于布里渊光时域分析的传感方法，其特征在于，包括：
将脉冲光信号分束为第一路脉冲光和第二路脉冲光，并将所述第一路脉冲光传输至待测光纤，将所述第二路脉冲光传输至辅助光纤；
将连续光信号传输至传输光纤；
在第一时域，所述传输光纤将所述连续光信号传输至所述待测光纤，以使所述连续光信号和所述第一路脉冲光在所述待测光纤内因受激布里渊散射效应形成第一待测光；光探测器采集所述第一待测光；
在第二时域，所述辅助光纤将所述第二路脉冲光传输至所述传输光纤，以使所述第二路脉冲光和所述连续光信号在所述传输光纤中因受激布里渊散射效应形成第二待测光；并且，所述传输光纤将所述第二待测光传输至所述待测光纤；所述光探测器采集所述第二待测光。
8.根据权利要求7所述的传感方法，其特征在于，所述辅助光纤将所述第二路脉冲光传输至所述传输光纤，包括：
所述辅助光纤将所述第二路脉冲光传输至第一放大器；
所述第一放大器放大所述第二路脉冲光并将放大后的所述第二路脉冲光传输至所述传输光纤。
9.根据权利要求8所述的传感方法，其特征在于，所述辅助光纤将所述第二路脉冲光传输至第一放大器，包括：
所述辅助光纤将所述第二路脉冲光传输至冗余光纤；
所述冗余光纤将所述第二路脉冲光传输至滤波器；
所述滤波器对所述第二路脉冲光进行旁瓣滤除，并将滤除旁瓣后的所述第二路脉冲光传输至所述第一放大器。
10.根据权利要求7~9中任一项所述的传感方法，其特征在于，所述传输光纤将所述连续光信号传输至所述待测光纤，包括：所述传输光纤将所述连续光信号传输至第二放大器；所述第二放大器放大所述连续光信号，并将放大后的所述连续光信号传输至所述待测光纤；
所述传输光纤将所述第二待测光传输至所述待测光纤，包括：所述传输光纤将所述第二待测光传输至所述第二放大器；所述第二放大器放大所述第二待测光，并将放大后的所述第二待测光传输至所述待测光纤。
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