一种基于大调制中心频率的外调制布里渊光相关域反射方法及装置

本发明属于光纤温度传感，具体涉及一种基于大调制中心频率的外调制布里渊光相关域反射方法及装置。

背景技术：

1、温度是一个非常重要的环境参量，对其的传感监测在航空航天、能源、电力、交通、通信等诸多领域有广泛需求。因光纤具有抗电磁干扰、体积小、质量轻等优点，基于光纤传感技术的温度传感已有较多研究与应用。很多应用场景中需要对某一区域进行连续分布式的高空间分辨率温度监测，这就需要分布式测温光纤传感技术。

2、目前可实现温度连续分布式监测的光纤传感技术中，主要有基于拉曼散射的分布式光纤传感技术和基于布里渊散射的分布式光纤传感技术。其中基于拉曼散射的分布式光纤传感技术具有温度测量灵敏度高的优势，但是其存在空间分辨率较低的问题。具有单端测量优势的布里渊光相关域反射(brillouin optical correlation-domainreflectometry，bocdr)技术可实现高空间分辨率温度测量，但对硬件设备要求较高。在此基础上又发展了对光源进行外部调制的外调制bocdr技术。但外调制光源系统输出光中存在较难被滤除的0阶调制光，若调制幅度超过一定值时，其瑞利散射与本地参考光相拍时会引发频谱混叠，严重地制约了外调制bocdr系统的空间分辨率。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于大调制中心频率的外调制布里渊光相关域反射方法及装置，使用大的调制中心频率来抑制外调制系统中拍频谱噪声对布里渊散射信号的混叠影响，能够避免外调制系统固有的频谱混叠问题，可应用于对光纤进行分布式温度或应变传感，有效地提高传感系统的空间分辨率和测量范围。

2、为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

3、一种基于大调制中心频率的外调制布里渊光相关域反射方法，包括：

4、步骤1、函数发生器输出信号作为电压控制振荡器的输入，电压控制振荡器输出一个具有大调制中心频率且频率随时间正弦变化的射频信号，作为电光调制器的射频输入；

5、步骤2、激光器发出连续探测激光经光隔离器、偏振控制器后，经由电光调制器调制成调制光；

6、步骤3、调制光一路依次经光放大器放大、光带通滤波器选择-1阶调制光信号后经由环形器获得前向传播的泵浦光，另一路经过延迟光纤控制相关峰的阶数后获得参考光；

7、步骤4、泵浦光传播至待测传感光纤，在待测传感光纤中产生后向自发布里渊散射的斯托克斯光，斯托克斯光携带温度信息并与参考光相拍后通过光电探测器完成光电转换，转换的结果由频谱仪采集分析。

8、为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

9、上述的方法还包括以一定步长改变函数发生器输出信号的频率以实现相关峰的移动，进而实现高空间分辨率的分布式温度传感。

10、上述的大调制中心频率满足：

11、fc≥3δf+fbmax

12、其中，fc是调制中心频率，δf是调制幅度，fbmax是待测传感光纤的最大布里渊频移。

13、上述的激光器波长在c波段选择。

14、上述的待测传感光纤为g657光纤。

15、上述的频谱仪对采集得到的布里渊增益谱累加平均、去底噪后进行归一化处理，以消除测量信号整体功率抖动带来的影响。

16、一种基于大调制中心频率的外调制布里渊光相关域反射装置，包括调制光生成单元、函数发生器、电压控制振荡器、延迟光纤、光电探测器和频谱仪；

17、所述调制光生成单元包括依次连接的激光器、光隔离器、偏振控制器、电光调制器、光放大器、光带通滤波器；

18、所述函数发生器通过电压控制振荡器接入电光调制器；

19、所述光带通滤波器通过环形器分别与待测传感光纤和延迟光纤的一端连接；

20、所述待测传感光纤和延迟光纤的另一端接入光电探测器，光电探测器的输出端连接频谱仪。

21、本发明具有以下有益效果：

22、本发明利用电压控制振荡器产生大调制中心频率，抑制了外调制系统中拍频谱噪声对布里渊散射信号的混叠影响，提高了外调制系统中调制幅度的上限，能够获得更高的空间分辨率以及更大的测温范围。

23、本发明针对基于大调制中心频率的外调制布里渊光相关域反射方法，设计相应的新bocdr装置，利用该装置，使用一段长17.2m的g657光纤实现连续分布式测量，空间分辨率为11.6cm，温度的测量误差为0.17℃，测量误差比同类方法低一个数量级。

技术特征：

1.一种基于大调制中心频率的外调制布里渊光相关域反射方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于大调制中心频率的外调制布里渊光相关域反射方法，其特征在于，还包括以预设步长改变函数发生器输出信号的频率以实现相关峰的移动，进而实现高空间分辨率的分布式温度传感。

3.根据权利要求1所述的一种基于大调制中心频率的外调制布里渊光相关域反射方法，其特征在于，所述大调制中心频率满足：

4.根据权利要求1所述的一种基于大调制中心频率的外调制布里渊光相关域反射方法，其特征在于，所述激光器波长在c波段选择。

5.根据权利要求1所述的一种基于大调制中心频率的外调制布里渊光相关域反射方法，其特征在于，所述待测传感光纤为g657光纤。

6.根据权利要求1所述的一种基于大调制中心频率的外调制布里渊光相关域反射方法，其特征在于，频谱仪对采集得到的布里渊增益谱累加平均、去底噪后进行归一化处理，以消除测量信号整体功率抖动带来的影响。

7.一种基于大调制中心频率的外调制布里渊光相关域反射装置，其特征在于，包括调制光生成单元、函数发生器、电压控制振荡器、延迟光纤、光电探测器和频谱仪；

技术总结
本发明公开了一种基于大调制中心频率的外调制布里渊光相关域反射方法及装置，函数发生器输出信号作为电压控制振荡器的输入，电压控制振荡器输出具有大调制中心频率且频率随时间正弦变化的射频信号作为电光调制器的射频输入；激光器发出连续探测激光经光隔离、偏振控制后，经由电光调制器调制成调制光；调制光一路经放大、滤波选择‑1阶调制光信号后经由环形器获得前向传播的泵浦光，另一路经过延迟光纤控制相关峰的阶数后获得参考光；泵浦光在待测传感光纤中产生后向自发布里渊散射的斯托克斯光，其携带温度信息并与参考光相拍后进行光电转换与采集分析。能够避免外调制系统固有的频谱混叠问题，有效地提高传感系统的空间分辨率和测量范围。

技术研发人员：路元刚,江岳凯,张伍军,赫崇君
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12