一种基于拉曼放大的零差布里渊光时域反射仪的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及对光纤的应变与温度进行连续分布式测量的布里渊光时域反射仪，具体为一种基于拉曼放大的零差布里渊光时域反射仪，可实现对零差布里渊光时域反射仪中前向传输的探测脉冲光及其后向传输的布里渊散射光进行分布式拉曼放大，可有效提高零差布里渊光时域反射仪的信噪比和传感距离。
【背景技术】
[0002]温度与应变的连续分布式监测需求十分广泛，能源、电力、建筑等诸多领域都把其作为一种故障诊断及事故预警手段。油气管道的压力负荷、铁轨路基的沉降变化、油库罐区的温度改变等都需要及时发现与迅速定位。现有的布里渊分布式光纤传感技术，一般需要探测布里渊散射谱而存在测量速度慢的弊病，难以满足许多应用场合对于事故预警和故障定位的快速实时要求。若传感光纤中具有多个声学模式，其布里渊增益谱(BrillouinGain Spectrum，BGS)将呈多峰状态，代表不同声学模式的多峰布里渊散射光在后向传播过程中会相互作用而产生光学拍，形成峰值频率为百兆赫兹量级的布里渊互拍谱(BrillouinBeat Spectrum, BBS)。
[0003]现有技术中，提出了一种新的基于布里渊拍频谱探测的零差布里渊光时域反射(Brillouin optical time-domain reflectometry, B0TDR)分布式光纤传感技术，仅通过测量拍频谱的功率即成功实现了对光纤上温度和应变的快速分布式测量(Y.Lu, Z.Qin,P.Lu,D.Zhou, L.Chen, and X.Bao, “Distributed strain and temperaturemeasurement by Brillouin beat spectrum,，，IEEE Photon.Technol.Lett., vol.25, n0.11，pp.1050-1053，2013)。该方法是一种无需扫频、快速和简单的单端测量零差BOTDR传感方法。但该方法利用的自发布里渊散射光信号较弱，若不加光放大较难实现长距离测量。仅米用惨辑光纤放大器(Erbium-doped optical fiber amplifier，EDFA)，尽管可以放大信号，但会产生较大的自发辐射噪声，而且对光纤末端布里渊信号的放大效果不明显。
【发明内容】
[0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明所要解决的问题是克服现有技术的不足，提出一种基于拉曼放大的零差布里渊光时域反射仪。
[0005]本发明提出的一种基于拉曼放大的零差布里渊时光域反射仪，包括:
[0006]探测脉冲激光生成单元，其由依次顺序连接的激光器、光隔离器、光调制器、光放大器、光滤波器组成，激光器发出的连续探测激光经光隔离器后，经由光调制器调制成脉冲激光，再依次经光放大器放大、光滤波器滤波去噪、扰偏器扰乱偏振态后经由环行器获得前向传播的探测脉冲激光，探测脉冲激光传输至波分复用器；
[0007]经拉曼栗浦激光器产生的拉曼栗浦激光传输至波分复用器后注入传感光纤，放大前向传播的探测脉冲激光后注入传感光纤；
[0008]传感光纤中产生的多峰布里渊散射光在向后传播中相互作用生成光学拍信号；光学拍信号依次经由波分复用器、环行器传输，并经第二光放大器放大、第二光滤波器滤波后被光电探测器接收变为电信号，该电信号经模/数转换后输入现场可编程门阵列(FPGA)处理，获得传感光纤的应变和温度分布曲线，在显示器上显示。
[0009]进一步，所述现场可编程门阵列处理包括对电信号进行累加平均去噪、包络检波等运算处理，获得传感光纤沿线的布里渊光学拍功率谱分布图，利用光学拍功率与应变和温度的线性关系，获得传感光纤的应变和温度分布曲线。
[0010]进一步，所述光调制器采用电光调制器或声光调制器。
[0011]进一步，所述激光器波长在C波段选择。
[0012]因此，本发明可以获得以下的有益效果:
[0013]通过引入拉曼栗浦激光，对探测脉冲激光及其后向散射的布里渊散射光同时进行分布式放大，使多峰布里渊谱的峰值功率得到提高，实现布里渊拍频峰功率的提升，可有效提高传感系统的信噪比和传感距离。
【附图说明】
[0014]图1为基于拉曼放大的零差布里渊光时域反射仪系统原理图。
[0015]图2为本发明实施例的系统原理图。
[0016]图3是拉曼栗浦功率为800mW的前端拉曼栗浦下LEAF中的三个布里渊峰功率分布。
[0017]图4是拉曼栗浦功率为800mW的前端拉曼栗浦下LEAF中的两个布里渊拍频峰功率分布。
[0018]图5是拉曼栗浦功率为800mW的前端拉曼栗浦下的系统信噪比。
【具体实施方式】
[0019]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0020]基于拉曼放大的零差布里渊光时域反射仪系统原理图如图1所示。激光器发出作为探测光的连续激光，经过保护光源激光器的光隔离器，被光调制器调制成脉冲激光，经过第一光放大器放大及第一光滤波器去噪，再经扰偏器扰乱其偏振态后经环行器与波分复用器注入传感光纤，传感光纤具有多个声学激发模式，代表不同声学模式的多个布里渊散射光在后向传播过程中会相互作用而产生光学拍信号，拉曼栗浦激光器经波分复用器注入传感光纤，用于放大前向传播的脉冲光及其后向散射的布里渊散射光。光学拍信号经第二光放大器放大并经第二光滤波器滤除噪声后被光电探测器接收变为电信号，经过模/数(A/D)转换后在现场可编程门阵列(FPGA)中处理，FPGA除了具有依据传感光纤的长度自动选择探测脉冲的宽度等控制功能外，还可对信号进行累加平均去噪、包络检波等运算处理，获得传感光纤沿线的布里渊光学拍功率谱分布图，利用光学拍功率与应变和温度的线性关系，获得传感光纤的应变和温度分布曲线，在显示器上显示。该零差布里渊光时域反射仪中，光调制器可以是电光调制器，也可以是声光调制器。拉曼栗浦光也可选择在传感光纤后端经由波分复用器注入，构成后端拉曼栗浦的拉曼放大系统；亦可将拉曼栗浦光同时分别经由两个波分复用器从传感光纤前端和后端注入，构成双端拉曼栗浦的拉曼放大系统。
[0021]探测激光器的波长可在C波段范围内选择，拉曼栗浦激光器的波长选择为可对探测激光进行拉曼放大的波长。
[0022]如图2所示，波长为1550nm的激光器发出作为探测光的连续激光，经过光隔离器后被电