一种对称线性啁啾脉冲探测OTDR的测量系统的制作方法

本发明涉及光纤传感器技术领域，尤其涉及一种对称线性啁啾脉冲探测otdr的测量系统。

背景技术：

传统的分布式光纤传感器在待测光纤的事件点定位作业中存在空间分辨率与动态范围相互制约的缺点，导致在提高一个性能指标时牺牲另外一个性能，且存在仅能测量出事件点的坐标却无法探测扰动变化趋势的不足，这些缺点制约了光纤传感器在探测高精度温度应力变化领域的发展。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种对称线性啁啾脉冲探测otdr的测量系统。

一种对称线性啁啾脉冲otdr的测量系统，其特征在于，包括探测对称线性啁啾脉冲干涉生成模块、探测光纤模块以及数据采集及信号处理模块；其中，探测对称线性啁啾脉冲干涉生成模块中，低带宽激光器一输入端连接激光偏振器的输出端，另一输入端连接第一任意函数发生器的一个输出端；低带宽激光器的输出端连接第一掺铒光纤放大器的输入端；第一掺铒光纤放大器的输出端连接光学带通滤波器的输入端；光学带通滤波器的输出端连接非平衡马赫曾德尔干涉仪的输入端；非平衡马赫曾德尔干涉仪输出端连接可变光衰减器的输入端；可变光衰减器的输出端连接极化控制器的输入端，极化控制器的输出端连接半导体光放大器的输入端；半导体光放大器的控制端连接第二任意函数发生器，用于生成对称线性啁啾脉冲；

探测光纤模块中，半导体光放大器的输出端连接光纤环形器；光纤环形器的一个连接端连接保偏传感光纤，利用保偏光纤作为待测光纤，作为对监测区域的探测媒介；

数据采集及信号处理模块中，光纤环形器另一个输出端连接第二掺铒光纤放大器；第二掺铒光纤放大器的输出端连接平衡光电探测器的输入端；平衡光电探测器的输出端连接数据采集及信号处理单元的输入端，利用数据采集卡来采集电信号，最后通过计算机来进行信号处理工作。

进一步地，所述第一任意函数发生器产生一个上啁啾和一个下啁啾，两段啁啾是具有相同线性啁啾范围和相同扫频范围的脉冲数字信号，作用在低带宽激光器上产生两段独立的啁啾脉冲光。

进一步地，所述激光偏振器，用于保证第一任意函数发生器产生的两段独立线性啁啾对低带宽激光器产生的脉冲光在线性区域内调制；所述第一掺铒光纤放大器，用于将经过调制的脉冲光放大；所述光学带通滤波器用于降低第一掺铒光纤放大器放大脉冲光所产生的自发辐射噪声；

进一步地，所述非平衡马赫曾德尔干涉仪，用于将两段独立的啁啾脉冲光一分为二，产生两个副本信号，其中一个副本信号在其快臂中正常传递，另外一个副本信号在慢臂中经历一个时间t延迟，在马赫曾德尔干涉仪末端将延迟的脉冲副本与另一个脉冲副本进行干涉，产生一个频率对称的线性啁啾脉冲波进行输出；

进一步地，所述可变光衰减器，用于避免将脉冲光中的非线性效应上升至射频频谱中；所述极化控制器，用于避免脉冲光的带间差拍；所述半导体光放大器，用于在第二任意函数发生器产生一个时间为t的方波驱动driver下形成光开关，起选通作用。

进一步地，所述光纤环形器，用于将探测啁啾脉冲输入至保偏传感光纤中，产生后向瑞利散射信号，并将后向瑞利散射光信号输入到数据采集及信号处理单元中；

所述保偏传感光纤，用于传输探测啁啾脉冲和产生后向瑞利散射光信号，监测待测区域，感测待测物理量。

进一步地，所述平衡光电探测器，用于将第二掺铒光纤放大器放大的后向瑞利散射光信号转换成电信号。

进一步地，所述数据采集及信号处理单元，用于采集接受经过光电探测器转换的电信号，对其进行解调还原，获得保偏传感光纤受待测物理量作用的空间位置、相位、振幅、频率以及振幅差，实现整个系统最终所需监测目标。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明实现在高温高压腐蚀性强的环境下，通过这项技术，精确的定位出事件点的空间距离，还能不用持续扫频，大大缩减测量时间，并且仅需要一次入射探测脉冲即可获得扰动量的线性变化趋势，大大提高了光纤传感器的探测精度与效率。并且对于现有的光纤分布式传感器，仅在探测光模块进行改造，避免了对设备结构进行较大改动，且创新性的开发出可以实时监控扰动变化趋势的光纤传感器。

附图说明

图1是本发明一种对称线性啁啾脉冲探测otdr的测量系统的结构图；

图2是本发明一种对称线性啁啾脉冲探测otdr的测量系统的原理图；

其中：1-低带宽激光器、2-激光偏振器、31-第一任意函数发生器、32-第二任意函数发生器、41-第一掺铒光纤放大器、42-第二掺铒光纤放大器、5-光学带通滤波器、6-非平衡马赫曾德尔干涉仪、7-可变光衰减器、8-极化控制器、9-以及半导体光放大器、10-光纤环形器、11-保偏传感光纤、12-平衡光电探测器、13-数据采集及信号处理单元、14-方波驱动driver、a-探测对称线性啁啾脉冲干涉生成模块、b-探测光纤模块、c-数据采集及信号处理模块。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。

请参考图1，本发明的实施例提供了一种对称线性啁啾脉冲探测otdr的测量系统，包括探测对称线性啁啾脉冲干涉生成模块a、探测光纤模块b和数据采集及信号处理模块c。

探测对称线性啁啾脉冲干涉生成模块a，包括低带宽激光器1(该低宽带是指1khz-50khz)、激光偏振器2、第一任意函数发生器31、第二任意函数发生器32、第一掺铒光纤放大器41、光学带通滤波器5、非平衡马赫曾德尔干涉仪6、可变光衰减器7、极化控制器8、方波驱动driver14以及半导体光放大器9；其中，低带宽激光器1一输入端连接激光偏振器2的输出端，另一输入端连接第一任意函数发生器31输出端；低带宽激光器1的输出端连接第一掺铒光纤放大器41的输入端；第一掺铒光纤放大器41的输出端连接光学带通滤波器5的输入端；光学带通滤波器5的输出端连接非平衡马赫曾德尔干涉仪6的输入端；非平衡马赫曾德尔干涉仪6输出端连接可变光衰减器7的输入端；可变光衰减器7的输出端连接极化控制器8的输入端，极化控制器8的输出端连接半导体光放大器9的输入端；半导体光放大器9的控制端连接第二任意函数发生器32。

所述半导体光放大器9，用于在第二任意函数发生器32产生一个时间为t的方波驱动driver14下形成光开关，起选通作用，具体为，在第二任意函数发生器32输出的一个方波驱动driver14下，在方波驱动driver14的高电平时，半导体光放大器9就是通的状态，在低电平时，则是闭合状态，通过第二任意函数发生器32和半导体光放大器9，组合构成一个光开关，通过控制第二任意函数发生器32的方波脉宽，来控制半导体光放大器9的开与闭的状态。

所述第一任意函数发生器31产生一个上啁啾和一个下啁啾，是具有相同线性啁啾范围和相同扫频范围的脉冲数字信号，作用在低带宽激光器1上产生两段独立的啁啾脉冲光；

第一任意函数发生器31产生的两段独立线性啁啾对低带宽激光器1产生的脉冲光波进行调制，以产生两段独立的线性啁啾脉冲光波，由于器件和噪声原因会产生一些非线性的脉冲光，通过激光偏振器2可以将其限制在线性区域里调制。

所述第一掺铒光纤放大器41，用于将经过调制的脉冲光放大；

所述光学带通滤波器5，用于降低第一掺铒光纤放大器41放大脉冲光所产生的自发辐射噪声；

所述非平衡马赫曾德尔干涉仪6，用于将两段独立的啁啾脉冲光一分为二，产生两个副本信号，其中一个副本信号在其快臂中正常传递，另外一个副本信号在慢臂中经历一个时间t延迟，在马赫曾德尔干涉仪末端将延迟的脉冲副本与另一个脉冲副本进行干涉，产生一个频率对称的线性啁啾脉冲波进行输出；

所述可变光衰减器7，用于避免将脉冲光中的非线性效应上升至射频频谱中；

所述极化控制器8，用于避免脉冲光的带间差拍；

探测光纤模块b，包括光纤环形器10和保偏传感光纤11；其中，半导体光放大器9的输出端连接光纤环形器10；光纤环形器10的一个连接端连接保偏传感光纤11。

所述光纤环形器10，用于将探测啁啾脉冲输入至保偏传感光纤11中，保偏传感光纤11产生后向瑞利散射光信号，所述光纤环形器10的作用包括将探测的啁啾脉冲传输入保偏传感光纤11和将瑞利散射光信号传输到第二掺铒光纤放大器42；

所述保偏传感光纤11，用于传输探测啁啾脉冲和产生后向瑞利散射光信号，监测待测区域，感测待测物理量。

数据采集及信号处理模块c，包括第二掺铒光纤放大器42、光纤环形器10、平衡光电探测器12以及数据采集及信号处理单元13；其中，光纤环形器10另一个输出端连接第二掺铒光纤放大器42；第二掺铒光纤放大器42的输出端连接平衡光电探测器12的输入端；平衡光电探测器12的输出端连接数据采集及信号处理单元13的输入端。

所述平衡光电探测器12，用于将第二掺铒光纤放大器42放大的后向瑞利散射光信号转换成电信号；光纤环形器10是单向传输高频信号的不可逆器件，在传感光纤中，啁啾脉冲是持续向后不断传输的，而瑞利散射光信号是不断向前传输，本发明收集的只有瑞利散射信号。

所述数据采集及信号处理单元13，用于采集接受经过光电探测器12转换的电信号，对其进行解调还原，获得保偏传感光纤11受待测物理量作用的空间位置、相位、振幅、频率、振幅差，实现整个系统最终所需监测目标，原理图如图2所示。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。