CN217786215U - 一种宽带声光调制法抑制ф-otdr解调相位失真的系统 - Google Patents

Abstract

一种宽带声光调制法抑制Ф‑OTDR解调相位失真的系统，属于光学领域。为解决现有相位敏感光时域反射计中解调相位失真的问题。本实用新型包括窄线宽激光器、一号光纤耦合器、一号声光调制器、二号声光调制器、掺铒光纤放大器、环形器、偏振控制器、传感光纤、二号光纤耦合器、光电平衡探测器、示波器、计算机、任意波形发生器。通过在系统中使用宽带声光调制器，并同时加载多个不同频率的微波信号，从而产生多频探测脉冲光，获得不同的后向瑞利散射光强度分布，并以幅值大小为判断依据，任意时刻总是选取最为准确的信号进行相位重构。本实用新型具有系统结构简单紧凑、相位延迟精准控制、系统中频率成分灵活可控等优势。

Description

一种宽带声光调制法抑制Ф-OTDR解调相位失真的系统

技术领域

本实用新型属于光学领域，具体涉及一种宽带声光调制法抑制Ф-OTDR解调相位失真的系统。

背景技术

相位敏感光时域反射计(Phase-sensitive Optical Time DomainReflectometer,Ф-OTDR)通常被应用于对微弱振动事件进行探测，其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，在桥梁、隧道、石油运输管道等大型工程结构健康监测中具有巨大应用价值。Ф-OTDR系统通过对振动区域前后两个参考位置的相位信息作差，得出振动区域相位信息随时间的动态变化过程，从而实现对振动事件的幅度与频率的定量分析。但相位信息的准确性完全依赖于参考位置的信号强度大小，由于Ф-OTDR系统存在相干衰落效应，光纤某些位置的后向瑞利散射光强度极低，这些位置的相位信息容易失真，导致无法正确反映外界振动事件，使得系统在实际的结构健康检测等应用中频繁的误报警。

发明内容

在下文中给出了关于本实用新型的简要概述，以便提供关于本实用新型的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本实用新型的穷举性概述。它并不是意图确定本实用新型的关键或重要部分，也不是意图限定本实用新型的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

本实用新型要解决的问题是现有抑制Ф-OTDR解调相位失真方案存在的系统结构复杂、相位延迟不一致、传感媒介特殊、未能充分抑制解调相位失真等问题，本实用新型提出了一种宽带声光调制法抑制Ф-OTDR解调相位失真的系统。

为实现上述目的，本实用新型通过以下技术方案实现：

一种宽带声光调制法抑制Ф-OTDR解调相位失真的系统包括窄线宽激光器、一号光纤耦合器、一号声光调制器、二号声光调制器、掺铒光纤放大器、环形器、偏振控制器、传感光纤、二号光纤耦合器、光电平衡探测器、示波器、计算机、任意波形发生器；

所述窄线宽激光器的光信号输出端与一号光纤耦合器的光信号输入端连通，一号光纤耦合器的两个光信号输出端分别同时与一号声光调制器的光信号输入端和偏振控制器的输入端连通，一号声光调制器的光信号输出端同时与二号声光调制器的光信号输入端连通，二号声光调制器的光信号输出端同时与掺铒光纤放大器的光信号输入端连通，掺铒光纤放大器的光信号输出端同时与环形器的一号光信号端口连通，环形器的二号光信号端口与传感光纤连通，二号光纤耦合器的光信号输入端同时与偏振控制器的输出端和环形器的三号光信号端口连通，二号光纤耦合器的光信号输出端同时与光电平衡探测器的光信号输入端连通，光电平衡探测器的电信号输出端同时与示波器的电信号输入端连通，示波器同时与计算机连通，任意波形发生器的微波信号输出端分别同时与一号声光调制器的微波信号加载端、二号声光调制器的微波信号加载端和示波器的触发信号输入端连通。

进一步的，所述窄线宽激光器采用单频窄线宽光纤激光器，输出功率为10mW，波长为1550nm。

进一步的，所述一号光纤耦合器的耦合比为90:10，二号光纤耦合器的耦合比为50:50。

进一步的，所述一号声光调制器的中心频率为400MHz，带宽为100MHz。

进一步的，所述二号声光调制器的移频为-300MHz，消光比为50dB。

进一步的，光电平衡探测器的探测带宽为300MHz，具有较高的共模抑制比和灵敏度。

本实用新型的有益效果：

本实用新型所述的一种宽带声光调制法抑制Ф-OTDR解调相位失真的系统，有效抑制解调相位失真：根据Ф-OTDR系统中不同频移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，在时间上总是优先选取最为准确的信号进行相位重构，从有效抑制解调相位失真。

本实用新型所述的一种宽带声光调制法抑制Ф-OTDR解调相位失真的系统，频率成分灵活可控：系统中使用宽带声光调制器进行多频调制，微波调制信号由任意波形发生器提供，频率数量和间隔灵活可控，利于同时获得多条强度分布不一致的后向瑞利散射光充分抑制解调相位失真。

本实用新型所述的一种宽带声光调制法抑制Ф-OTDR解调相位失真的系统，不牺牲系统的响应带宽：在Ф-OTDR系统中为避免前后两个时刻注入传感光纤的探测光脉冲产生的后向瑞利散射光发生混叠，要求注入传感光纤的探测脉冲的重复周期必须大于探测脉冲在传感光纤来回传输一次所需的时间；其次，根据奈奎斯特采样定律，Ф-OTDR系统能探测到的振动信号频率范围最高不超过注入传感光纤的探测脉冲重复频率的一半；该系统相较于传统的单脉冲系统，不牺牲系统的探测响应带宽。

本实用新型所述的一种宽带声光调制法抑制Ф-OTDR解调相位失真的系统，相位延迟精准控制：波分或频分复用的Ф-OTDR系统通常因为存在光纤延迟，导致各频率分量的相位延迟不一致；该方法中探测脉冲光的频率成分由宽带声光调制器同时调制产生，相位延迟可控且一致。

本实用新型所述的一种宽带声光调制法抑制Ф-OTDR解调相位失真的系统，系统结构简单紧凑：典型的频分复用系统或者波分复用系统通常结构比较复杂、成本较高，该方法将多个不同频率的微波信号加载于单个宽带声光调制器上，实现多频Ф-OTDR系统，结构简单。

附图说明

图1是本实用新型所述的一种宽带声光调制法抑制Ф-OTDR解调相位失真的系统结构示意图。

具体实施方式

在下文中将结合附图对本实用新型的示范性具体实施方式进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际具体实施方式的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，例如，符合与系统及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本实用新型公开内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。

在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本实用新型，在附图中仅仅示出了与根据本实用新型的方案密切相关的装置结构和/或处理步骤，而省略了与本实用新型关系不大的其他细节。

为能进一步了解本实用新型的实用新型内容、特点及功效，兹例举以下具体实施方式，并配合附图详细说明如下：

参照附图1，一种宽带声光调制法抑制Ф-OTDR解调相位失真的系统，包括窄线宽激光器1、一号光纤耦合器2、一号声光调制器3、二号声光调制器4、掺铒光纤放大器5、环形器6、偏振控制器7、传感光纤8、二号光纤耦合器9、光电平衡探测器10、示波器11、计算机12和任意波形发生器13；

窄线宽激光器1的光信号输出端与一号光纤耦合器2的光信号输入端连通，一号光纤耦合器2的两个光信号输出端分别同时与一号声光调制器3的光信号输入端和偏振控制器7的输入端连通，一号声光调制器3的光信号输出端同时与二号声光调制器4的光信号输入端连通，二号声光调制器4的光信号输出端同时与掺铒光纤放大器5的光信号输入端连通，掺铒光纤放大器5的光信号输出端同时与环形器6的一号光信号端口6-1连通，环形器6的二号光信号端口6-2与传感光纤8连通，二号光纤耦合器9的光信号输入端同时与偏振控制器7的输出端和环形器6的三号光信号端口6-3连通，二号光纤耦合器9的光信号输出端同时与光电平衡探测器10的光信号输入端连通，光电平衡探测器10的电信号输出端同时与示波器11的电信号输入端连通，示波器11同时与计算机12连通，任意波形发生器13的微波信号输出端分别同时与一号声光调制器3的微波信号加载端、二号声光调制器4的微波信号加载端和示波器11的触发信号输入端连通。

优选的，所述窄线宽激光器1采用单频窄线宽光纤激光器，输出功率为10mW，输出波长为1550nm。

优选的，所述一号光纤耦合器2的耦合比为90:10，二号光纤耦合器9的耦合比为50:50。

优选的，所述一号声光调制器3的中心频率为400MHz，带宽为100MHz。

优选的，所述二号声光调制器4的移频为-300MHz，消光比为50dB。

优选的，所述光电平衡探测器10的探测带宽为300MHz。

本实用新型的所述的一种宽带声光调制法抑制Ф-OTDR解调相位失真的系统的工作方法，窄线宽激光器1输出的连续光通过一号光纤耦合器2分为上下两个支路；上支路的连续光经过一号声光调制器3调制为多频连续光，并由二号声光调制器4调制为多频脉冲光作为探测脉冲，同时产生一定大小的频移，再经掺铒光纤放大器5进行光功率放大后经过环形器6注入到传感光纤8中，一号声光调制器3的多频调制和二号声光调制器4的脉冲调制均由任意波形发生器13实现；下支路的连续光作为本征光，由偏振控制器7进行偏振态调节后和传感光纤8中产生的后向瑞利散射光一同注入二号光纤耦合器9进行拍频，并由光电平衡探测器10进行探测，输出的光电流由示波器11进行采集，计算机12用于数据处理，以幅值大小为判断依据，任意时刻总是选取最为准确的信号进行相位重构从而抑制相位失真，实现高保真相位提取。并以幅值大小为判断依据，任意时刻总是选取最为准确的信号进行相位重构从而抑制相位失真，实现高保真相位提取。

需要说明的是，术语“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。

虽然在上文中已经参考具体实施方式对本申请进行了描述，然而在不脱离本申请的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，本申请所披露的具体实施方式中的各项特征均可通过任意方式相互结合起来使用，在本说明书中未对这些组合的情况进行穷举性的描述仅仅是出于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本申请并不局限于文中公开的特定具体实施方式，而是包括落入权利要求的范围。

Claims (6)

1.一种宽带声光调制法抑制Ф-OTDR解调相位失真的系统，其特征在于：包括窄线宽激光器(1)、一号光纤耦合器(2)、一号声光调制器(3)、二号声光调制器(4)、掺铒光纤放大器(5)、环形器(6)、偏振控制器(7)、传感光纤(8)、二号光纤耦合器(9)、光电平衡探测器(10)、示波器(11)、计算机(12)和任意波形发生器(13)；

窄线宽激光器(1)的光信号输出端与一号光纤耦合器(2)的光信号输入端连通，一号光纤耦合器(2)的两个光信号输出端分别同时与一号声光调制器(3)的光信号输入端和偏振控制器(7)的输入端连通，一号声光调制器(3)的光信号输出端同时与二号声光调制器(4)的光信号输入端连通，二号声光调制器(4)的光信号输出端同时与掺铒光纤放大器(5)的光信号输入端连通，掺铒光纤放大器(5)的光信号输出端同时与环形器(6)的一号光信号端口(6-1)连通，环形器(6)的二号光信号端口(6-2)与传感光纤(8)连通，二号光纤耦合器(9)的光信号输入端同时与偏振控制器(7)的输出端和环形器(6)的三号光信号端口(6-3)连通，二号光纤耦合器(9)的光信号输出端同时与光电平衡探测器(10)的光信号输入端连通，光电平衡探测器(10)的电信号输出端同时与示波器(11)的电信号输入端连通，示波器(11)同时与计算机(12)连通，任意波形发生器(13)的微波信号输出端分别同时与一号声光调制器(3)的微波信号加载端、二号声光调制器(4)的微波信号加载端和示波器(11)的触发信号输入端连通。

2.根据权利要求1所述的一种宽带声光调制法抑制Ф-OTDR解调相位失真的系统，其特征在于：所述窄线宽激光器(1)采用单频窄线宽光纤激光器，输出功率为10mW，输出波长为1550nm。

3.根据权利要求1或2所述的一种宽带声光调制法抑制Ф-OTDR解调相位失真的系统，其特征在于：所述一号光纤耦合器(2)的耦合比为90:10，二号光纤耦合器(9)的耦合比为50:50。

4.根据权利要求3所述的一种宽带声光调制法抑制Ф-OTDR解调相位失真的系统，其特征在于：所述一号声光调制器(3)的中心频率为400MHz，带宽为100MHz。

5.根据权利要求4所述的一种宽带声光调制法抑制Ф-OTDR解调相位失真的系统，其特征在于：所述二号声光调制器(4)的移频为-300MHz，消光比为50dB。

6.根据权利要求5所述的一种宽带声光调制法抑制Ф-OTDR解调相位失真的系统，其特征在于：所述光电平衡探测器(10)的探测带宽为300MHz。

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