基于相干双脉冲对序列技术布里渊光时域分析仪及利用该分析仪抑制共模噪声的方法
【专利摘要】基于相干双脉冲对序列技术布里渊光时域分析仪及利用该分析仪抑制共模噪声的方法，属于光学领域，解决了现有布里渊光时域分析仪空间分辨率低及测量信号时间长，信噪比低的问题。本发明采用一台激光器，通过一号光纤耦合器分成的上支路光作为泵浦光，通过编程可以使现场可编程逻辑门阵列周期性地产生具有不同脉冲宽度的脉冲对，通过电光调制器连续光变成相干脉冲对序列；下支路提供探测光，调节偏振态后进入电光调制器，在原载波光基础上产生频差为布里渊频移νB的上下边频光，相干脉冲对序列组成的泵浦光与调制后的探测光在传感光纤中发生受激布里渊散射现象，光电探测器探测到两个布里渊信号。本发明适用于抑制共模噪声。
【专利说明】基于相干双脉冲对序列技术布里渊光时域分析仪及利用该分析仪抑制共模噪声的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于光学领域，涉及基于相干双脉冲对序列技术的时域分析仪及利用该分析仪抑制共模噪声的方法。
【背景技术】
[0002]近年来，布里渊光时域分析仪作为分布式光纤传感技术典型代表受到了广泛的关注，在多领域得到了有效应用。与其他光纤传感仪器相比，布里渊光时域分析仪具有高空间分辨率、超远距离传感以及动态测量等优点，可以同时对温度和微应变等物理量进行高精度测量。由于光纤既作为传感器件又作为信号传输信道，以光信号作为传输信号，因此可以有效降低结构成本。这类传感仪器广泛用于输油管道检测、桥梁与建筑结构健康监测、长距离公路健康监测以及火灾报警等方面。此外，布里渊光时域分析仪还应用于海底或陆地高压电缆的温度和应变监测，地质灾害比如山体滑坡、泥石流等的分布式监测等，应用于特殊极端工作环境中。
[0003]在布里渊光时域分析仪不断发展过程中，如何提高空间分辨率，如何缩短测量时间、提升信噪比是几个备受关注、广泛探究的问题。测量时间与信噪比一直作为对传感器优劣评价的重要标准之一，也一直制约着光纤传感器的发展。特别是在长距离传感领域，传感时间过长、信噪比过低的问题一直困扰着科研工作者。因此，找寻一种可以缩短测量时间、提高信噪比的方法是现行布里渊光时域分析仪发展的关键技术之一。
[0004]目前，广泛应用一种双脉冲差分脉宽的方案来提升信噪比，提高空间分辨率。该方案分两次打入不同脉宽的脉冲光作为泵浦光，分别与探测光作用接收布里渊信号LiW，Bao X，Li Y，et al.Differential pulse-width pair BOTDA for high spatial resolutionsensing [J].0ptics express, 1908，16(26):21616-21625.。然而，该方案需要较长的脉冲转换时间，测量时间较长。而且较长的脉冲转换时间使两次布里渊信号具有不同的共模噪声，做差分处理后不能有效地抑制共模噪声，不能大幅度提高信噪比。
【发明内容】
[0005]本发明是为了解决现有布里渊光时域分析仪空间分辨率低及测量信号时间长，信噪比低的问题，提出了基于相干双脉冲对序列技术布里渊光时域分析仪及利用该分析仪抑制共模噪的方法。
[0006]本发明所述基于相干双脉冲对序列技术布里渊光时域分析仪，该分析仪包括激光器、一号光纤稱合器、一号偏振控制器、二号偏振控制器、可调直流稳压电源、一号电光调制器、现场可编程逻辑门阵列、微波发生器、二号电光调制器、光电转换电路、二号光纤耦合器、光纤布拉格光栅、一号光纤环形器、掺铒光纤放大器、数据米集卡、光纤隔离器1、扰偏仪、光电探测器、二号光纤环形器和传感光纤；
[0007]激光器发射的连续激光经一号光纤耦合器分成两束连续光，该两束连续光分别入射至一号偏振控制器和二号偏振控制器，经一号偏振控制器后的偏振光入射至一号电光调制器，一号电光调制器经现场可编程逻辑门阵列驱动后输出相关双脉冲序列光信号，所述相关双脉冲序列光信号经二号光纤稱合器后分成两列相关脉冲序列光信号，该两列相关双脉冲序列光信号分别入射至掺铒光纤放大器和光电转换电路的感光面，经光电转换电路转换获得的电信号输入至可调直流稳压电源的调节信号输入端，
[0008]经掺铒光纤放大器放大后的相干双脉冲序列光信号经扰偏仪扰偏后入射至二号光纤环形器的I号端口，二号光纤环形器的2号端口输出的相干双脉冲序列光信号入射至传感光纤的一端，
[0009]可调直流稳压电源的偏置电压调节信号输出端连接一号电光调制器的电压信号输入端；
[0010]经二号偏振控制器后的偏振光入射至二号电光调制器，微波发生器的驱动信号输出端连接二号电光调制器的驱动信号输入端，经二号电光调制器调制后的光束入射至一号光纤环形器的I号端口，经一号光纤环形器的2号端口输出后入射至光纤布拉格光栅,经光纤布拉格光栅选频滤波后的探测光从一号光纤环形器的3号端口输出，从一号光纤环形器的3号端口输出的光束经光纤隔离器后入射至传感光纤的另一端；
[0011]二号光纤环形器的2号端口输出的相干双脉冲序列光信号与经光纤隔离器后的探测光在传感光纤内发生受激布里渊散射作用，传感光内散射出的探测光入射至二号光纤环形器的号端口，经二号光纤环形器的3号端口发射出的光信号入射至光电探测器的感光面上，经光电探测器转换后的电信号发送至数据采集卡的数据信号输入端，现场可编程逻辑门阵列的触发信号输出端连接数据采集卡数据采集控制信号输入端。
[0012]利用上述基于相干双脉冲对序列技术布里渊光时域分析仪抑制共模噪声的方法，该方法的具体步骤:
[0013]步骤一、开启激光器的电源发射连续激光束，经一号光纤耦合器按1:1的比例将连续激光束分成两束连续光；
[0014]步骤二、函数发生器产生电脉冲信号驱动电光调制器输出相关双脉冲对序列光信号;
[0015]所述相关双脉冲对序列中前一个脉冲的脉冲持续时间为τ i，后一个脉冲的脉冲持续时间为τ2，脉冲间隔为Λ τ，相干双脉冲对序列时间间隔为τ—“同一组脉冲对中两脉冲的间隔Λ τ小于脉冲对序列相干时间τ。—即Δ τ < τ Coherent ；
[0016]步骤三、相关双脉冲对序列光信号经掺铒光纤放大器放大后经扰偏仪进行扰偏，并将扰偏后的相关双脉冲对序列入射至二号光纤环形器的I号端口，经二号光纤环形器的2号端口发射至传感光纤的一端；
[0017]同时相关双脉冲对序列光信号通过光电转换电路转换后发送至可调直流稳压电源5的调节信号输入端，可调直流稳压电源对一号电光调制器的电压进行调节；
[0018]步骤四、利用微波发生器产生的微波信号，并将微波信号加载与二号电光调制器接收的连续光进行叠加，并将叠加后的连续光发射至一号光纤环形器的I号端口；
[0019]利用微波发生器产生的微波信号，并将微波信号与二号电光调制器接收的连续光进行叠加:连续光通过二号电光调制器产生的边频偏差为布里渊频移Vb，获得的连续光的频率为Vb和V ^，其中Vtl为激光器I的频率；[0020]步骤五、入射至一号光纤环形器的光束经光纤布拉格光栅滤除下边频，获得连续上边频光，连续上边频光经光纤隔离器后发射至传感光纤的另一端；
[0021]步骤六、连续上边频光和扰偏后的相关双脉冲对序列光信号在传感光纤中发生受激布里渊散射作用；
[0022]步骤七、经受激布里渊散射作用后的探测光经二号光纤环形器后入射至光电探测器的感光面上，光电探测器将接收到的光信号转换为电信号并发送至数据采集卡，获得布里渊散射信号；
[0023]步骤八、采用差分数据处理方法去掉步骤七获得的布里渊散射信号中脉冲对所对应的两个后向散射布里渊信号共有的共模噪声，实现对共模噪声的抑制。
[0024]基于相干双脉冲对序列技术布里渊光时域分析仪的第二种技术方案，该分析仪包括激光器、一号光纤稱合器、一号偏振控制器、二号偏振控制器、可调直流稳压电源、一号电光调制器、现场可编程逻辑门阵列、微波发生器、二号电光调制器、光电转换电路、二号光纤率禹合器、光纤布拉格光栅、一号光纤环形器、掺铒光纤放大器、数据米集卡、光纤隔离器、扰偏仪、光电探测器、二号光纤环形器、传感光纤和函数发生器；
[0025]激光器I发射的连续激光经一号光纤耦合器分成两束连续光，该两束连续光分别入射至一号偏振控制器和二号偏振控制器，经一号偏振控制器调制后的偏振光入射至一号电光调制器，一号电光调制器经函数发生器驱动后输出相关双脉冲序列光信号，所述相关双脉冲序列光信号经二号光纤稱合器后分成两列相关双脉冲序列光信号，该两列相关双脉冲序列光信号分别入射至掺铒光纤放大器的入射面和光电转换电路的感光面，经光电转换电路转换获得的电信号输入至可调直流稳压电源的调节信号输入端，
[0026]经掺铒光纤放大器放大后的相干双脉冲序列光信号经扰偏仪扰偏后入射至二号光纤环形器的I号端口，二号光纤环形器的2号端口输出的相干双脉冲序列光信号入射至传感光纤的一端，
[0027]可调直流稳压电源的偏置电压调节信号输出端连接一号电光调制器的电压信号输入端；
[0028]经二号偏振控制器调制后的偏振光入射至二号电光调制器，微波发生器的驱动信号输出端连接二号电光调制器的驱动信号输入端，经二号电光调制器调制后的光束入射至一号光纤环形器的I号端口，经一号光纤环形器的2号端口输出后入射至光纤布拉格光栅，经光纤布拉格光栅选频滤波后的探测光从一号光纤环形器的3号端口输出，从一号光纤环形器的3号端口输出的光束经光纤隔离器后入射至传感光纤的另一端；
[0029]二号光纤环形器的2号端口输出的相干双脉冲序列光信号与经光纤隔离器后的探测光在传感光纤内发生受激布里渊散射，散射出的光信号入射至二号光纤环形器的2号端口，经二号光纤环形器的3号端口发射出的光信号入射至光电探测器的感光面上，经光电探测器转换后的电信号发送至数据采集卡的数据信号输入端，现场可编程逻辑门阵列的触发信号输出端连接数据采集卡数据采集控制信号输入端。
[0030]利用基于相干双脉冲对序列技术布里渊光时域分析仪的第二种技术方案抑制共模噪声的方法，该方法的具体步骤为:
[0031]步骤一、开启激光器I的电源发射连续激光束，经一号光纤耦合器按1:1的比例将连续激光束分成两束连续光；[0032]步骤二、函数发生器产生电脉冲信号驱动电光调制器输出相关双脉冲对序列光信号;
[0033]所述相关双脉冲序列为序列中前一个脉冲的脉冲持续时间为τ i，后一个脉冲的脉冲持续时间为τ2，脉冲间隔为Λ τ，相干双脉冲对序列时间间隔为τ—1;同一组脉冲对中两脉冲的间隔△ τ小于脉冲对序列相干时间
T Coherent，艮P Δ T〈 T Q0Ilerent ;
[0034]步骤三、相关双脉冲对序列光信号经掺铒光纤放大器放大后经扰偏仪进行扰偏，并将扰偏后的相关双脉冲对序列光信号入射至二号光纤环形器的I号端口，经二号光纤环形器的2号端口发射至传感光纤的一端；
[0035]同时相关双脉冲对序列光信号通过光电装换电路转换后发送至可调直流稳压电源的调节信号输入端，可调直流稳压电源对一号电光调制器6的电压进行调节；
[0036]步骤四、利用微波发生器产生的微波信号，并将微波信号加载与二号电光调制器接收的连续光进行叠加，并将叠加后的连续光发射至一号光纤环形器的I号端口；
[0037]利用微波发生器产生的微波信号，并将微波信号与二号电光调制器接收的连续光进行叠加:连续光通过二号电光调制器产生的边频偏差为布里渊频移vB，获得的连续光的频率为Vb和V ^，其中Vtl为激光器I的频率；
[0038]步骤五、入射至一号光纤环形器的光束经光纤布拉格光栅滤除下边频，获得连续上边频光，连续上边频光经光纤隔离器后发射至传感光纤的另一端； [0039]步骤六、连续上边频光和扰偏后的相关双脉冲对序列光信号在传感光纤中发生受激布里渊散射；
[0040]步骤七、布里渊散射后的光信号经二号光纤环形器后入射至光电探测器的感光面上，电探测器将接收到的光信号转换为电信号并发送至数据采集卡，获得布里渊散射信号;
[0041]步骤八、采用差分数据处理方法去掉步骤七获得的布里渊散射信号中脉冲对所对应的两个后向散射布里渊信号共有的共模噪声，实现对共模噪声的抑制。
[0042]基于相干双脉冲对序列技术布里渊光时域分析仪的第三种技术方案，该时域分析仪包括激光器、一号光纤稱合器、一号偏振控制器、二号偏振控制器、可调直流稳压电源、一号电光调制器、现场可编程逻辑门阵列、微波发生器、光电转换电路、二号光纤耦合器、掺铒光纤放大器、数据米集卡、光纤隔离器、扰偏仪、光电探测器、二号光纤环形器、传感光纤和单边带调制器；
[0043]激光器发射的连续激光经一号光纤耦合器后的两束连续光分别入射至一号偏振控制器和二号偏振控制器，经一号偏振控制器调制后的偏振光入射至一号电光调制器，一号电光调制器经现场可编程逻辑门阵列驱动后输出相关脉冲序列，相关双脉冲序列经二号光纤耦合器后的两列相关双脉冲序列分别入射至掺铒光纤放大器和可调直流稳压电源的感光面，经掺铒光纤放大器放大后经扰偏仪扰偏后的干脉冲序列入射至二号光纤环形器的I号端口，二号光纤环形器的2号端口输出的相干双脉冲序列入射至传感光纤的一端，
[0044]可调直流稳压电源的偏置电压调节信号输出端连接一号电光调制器的电压信号输入端；
[0045]经二号偏振控制器调制后的偏振光入射至单边带调制器，微波发生器的驱动信号输出端连接单边带调制器的驱动信号输入端，经单边带调制器调制后的光束经光纤隔离器后入射至传感光纤的另一端；
[0046]二号光纤环形器的2号端口输出的相干双脉冲序列光信号与经光纤隔离器后的探测光在传感光纤内发生受激布里渊散射，散射出的光信号经扰偏仪扰偏后入射至二号光纤环形器的2号端口，经二号光纤环形器的3号端口发射出的光信号入射至光电探测器的感光面上，经光电探测器转换后的电信号发送至数据采集卡的数据信号输入端，现场可编程逻辑门阵列的触发信号输出端连接数据采集卡数据采集控制信号输入端。
[0047]本发明采用一台激光器，通过一号光纤耦合器分成的上支路光作为泵浦光，上支路信号经过一号偏振控制器调节偏振态后进入一号电光调制器，通过编程可以使现场可编程逻辑门阵列周期性地产生具有不同脉冲宽度的脉冲对，脉冲对电信号对通过电光调制器的光信号进行调制，使激光器发出的连续光变成相干脉冲对序列；同一组脉冲对序列中前一个脉冲的脉冲持续时间为T1，后一个脉冲的脉冲持续时间为τ2，脉冲间隔为Λ τ，相干双脉冲对序列时间间隔为Taferait，由于同一组脉冲对中两脉冲的间隔Λ τ小于脉冲对序列相干时间Tajherait，即Λ τ〈τωιεΜΛ，因此同一组脉冲对包含的两束脉冲为相干脉冲；形成的相干脉冲对序列通过掺铒光纤放大器把泵浦脉冲放大到所需的功率，再通过环形器，经过扰偏仪改变偏振态后连接到传感光纤的另一端。
[0048]下支路提供探测光，调节偏振态后进入电光调制器，一号电光调制器的作用是将微波发生器产生的微波信号加载到探测光上，在原载波光基础上产生频差为布里渊频移Vb的上下边频光，其频率分别为，其中V ^为原激光器频率。利用光纤布拉格光栅滤出上边频频率为V ^ V B，再经过一号环形器进入传感光纤中。
[0049]相干脉冲对序列组成的泵浦光与调制后的探测光在传感光纤中发生受激布里渊散射现象，光电探测器探测到两个布里渊信号。由于△ τ很小，近似看作同时注入两束相干脉冲，省去了脉冲转 换时间，将测量时间缩短了一半；将布里渊信号进行做差分处理，去除了共模噪声，实现了对共模噪声的抑制，显著提高了信噪比。
【专利附图】
【附图说明】
[0050]图1为本发明所述基于相干双脉冲对序列技术布里渊光时域分析仪的原理示意图；
[0051]图2为【具体实施方式】四所述的基于相干双脉冲对序列技术布里渊光时域分析仪的原理不意图；
[0052]图3为【具体实施方式】五所述的基于相干双脉冲对序列技术布里渊光时域分析仪的原理不意图；
[0053]图4为相关双脉冲对序列示意图。
【具体实施方式】
[0054]【具体实施方式】一、结合图1、图4说明本实施方式,本实施方式所述基于相干双脉冲对序列技术布里渊光时域分析仪，该分析仪包括激光器1、一号光纤稱合器2、一号偏振控制器3、二号偏振控制器4、可调直流稳压电源5、一号电光调制器6、现场可编程逻辑门阵列7、微波发生器8、二号电光调制器9、光电转换电路10、二号光纤稱合器11、光纤布拉格光栅12、一号光纤环形器13、掺铒光纤放大器14、数据米集卡15、光纤隔离器16、扰偏仪17、光电探测器18、二号光纤环形器19和传感光纤20 ；
[0055]激光器I发射的连续激光经一号光纤耦合器2分成两束连续光，该两束连续光分别入射至一号偏振控制器3和二号偏振控制器4,经一号偏振控制器3后的偏振光入射至一号电光调制器6，一号电光调制器6经现场可编程逻辑门阵列7驱动后输出相关双脉冲序列光信号，所述相关双脉冲序列光信号经二号光纤稱合器11后分成两列相关脉冲序列光信号，该两列相关双脉冲序列光信号分别入射至掺铒光纤放大器14和光电转换电路10的感光面，经光电转换电路10转换获得的电信号输入至可调直流稳压电源5的调节信号输入端，
[0056]经掺铒光纤放大器14放大后的相干双脉冲序列光信号经扰偏仪17扰偏后入射至二号光纤环形器19的I号端口，二号光纤环形器19的2号端口输出的相干双脉冲序列光信号入射至传感光纤20的一端，
[0057]可调直流稳压电源5的偏置电压调节信号输出端连接一号电光调制器6的电压信号输入端；
[0058]经二号偏振控制器4后的偏振光入射至二号电光调制器9，微波发生器8的驱动信号输出端连接二号电光调制器9的驱动信号输入端，经二号电光调制器9调制后的光束入射至一号光纤环形器13的I号端口，经一号光纤环形器13的2号端口输出后入射至光纤布拉格光栅12,经光纤布拉格光栅12选频滤波后的探测光从一号光纤环形器13的3号端口输出，从一号光纤环形器13的3号端口输出的光束经光纤隔离器16后入射至传感光纤20的另一端；
[0059]二号光纤环形器172号端口输出的相干双脉冲序列光信号与经光纤隔离器16后的探测光在传感光纤20内发生受激布里渊散射作用，传感光纤20内散射出的探测光入射至二号光纤环形器17的2号端口，经二号光纤环形器17的3号端口发射出的光信号入射至光电探测器18的感光面上，经光电探测器18转换后的电信号发送至数据采集卡15的数据信号输入端，现场可编程逻辑门阵列7的触发信号输出端连接数据采集卡15数据采集控制信号输入端。
[0060]【具体实施方式】二、本实施方式是对【具体实施方式】一所述的基于相干双脉冲对序列技术布里渊光时域分析仪的进一步说明，激光器I采用可调谐激光器或分布反馈式半导体激光器。
[0061]【具体实施方式】三、本实施方式是对【具体实施方式】一所述的基于相干双脉冲对序列技术布里渊光时域分析仪的进一步说明，传感光纤20采用单模光纤或保偏光纤。
[0062]【具体实施方式】四、结合图2说明本实施方式，本实施方式所述的基于相干双脉冲对序列技术布里渊光时域分析仪，该分析仪包括激光器1、一号光纤稱合器2、一号偏振控制器3、二号偏振控制器4、可调直流稳压电源5、一号电光调制器6、现场可编程逻辑门阵列
7、微波发生器8、二号电光调制器9、光电转换电路10、二号光纤稱合器11、光纤布拉格光栅12、一号光纤环形器13、掺铒光纤放大器14、数据米集卡15、光纤隔离器16、扰偏仪17、光电探测器18、二号光纤环形器19、传感光纤20和函数发生器21 ；
[0063]激光器I发射的连续激光经一号光纤耦合器2分成两束连续光，该两束连续光分别入射至一号偏振控制器3和二号偏振控制器4,经一号偏振控制器3调制后的偏振光入射至一号电光调制器6，一号电光调制器6经函数发生器21驱动后输出相关双脉冲序列光信号，所述相关双脉冲序列光信号经二号光纤稱合器11后分成两列相关双脉冲序列光信号，该两列相关双脉冲序列光信号分别入射至掺铒光纤放大器14的入射面和光电转换电路10的感光面，经光电转换电路10转换获得的电信号输入至可调直流稳压电源5的调节信号输入端，
[0064]经掺铒光纤放大器14放大后的相干双脉冲序列光信号经扰偏仪17扰偏后入射至二号光纤环形器19的I号端口，二号光纤环形器19的2号端口输出的相干双脉冲序列光信号入射至传感光纤20的一端，
[0065]可调直流稳压电源5的偏置电压调节信号输出端连接一号电光调制器6的电压信号输入端；
[0066]经二号偏振控制器4调制后的偏振光入射至二号电光调制器9，微波发生器8的驱动信号输出端连接二号电光调制器9的驱动信号输入端,经二号电光调制器9调制后的光束入射至一号光纤环形器13的I号端口，经一号光纤环形器13的2号端口输出后入射至光纤布拉格光栅12,经光纤布拉格光栅12选频滤波后的探测光从一号光纤环形器13的3号端口输出，从一号光纤环形器13的3号端口输出的光束经光纤隔离器16后入射至传感光纤20的另一端；
[0067]二号光纤环形器19的2号端口输出的相干双脉冲序列光信号与经光纤隔离器16后的探测光在传感光纤20内发生受激布里渊散射，散射出的光信号入射至二号光纤环形器19的2号端口，经二号光纤环形器19的3号端口发射出的光信号入射至光电探测器18的感光面上，经光电探测器18转换后的电信号发送至数据采集卡15的数据信号输入端，现场可编程逻辑门阵列7的触发信号输出端连接数据采集卡15数据采集控制信号输入端。
[0068]【具体实施方式】五、结合图3说明本实施方式，本实施方式所述基于相干双脉冲对序列技术布里渊光时域分析仪，该时域分析仪包括激光器1、一号光纤稱合器2、一号偏振控制器3、二号偏振控制器4、可调直流稳压电源5、一号电光调制器6、现场可编程逻辑门阵列7、微波发生器8、光电转换电路10、二号光纤稱合器11、掺铒光纤放大器14、数据米集卡15、光纤隔离器16、扰偏仪17、光电探测器18、二号光纤环形器19、传感光纤20和单边带调制器22 ；
[0069]激光器I发射的连续激光经一号光纤耦合器2后的两束连续光分别入射至一号偏振控制器3和二号偏振控制器4,经一号偏振控制器3调制后的偏振光入射至一号电光调制器6，一号电光调制器6经现场可编程逻辑门阵列7驱动后输出相关脉冲序列，相关双脉冲序列经二号光纤耦合器11后的两列相关双脉冲序列分别入射至掺铒光纤放大器14和可调直流稳压电源5的感光面，经掺铒光纤放大器14放大后经扰偏仪17扰偏后的干脉冲序列入射至二号光纤环形器19的I号端口，二号光纤环形器192号端口输出的相干双脉冲序列入射至传感光纤20的一端，
[0070]可调直流稳压电源5的偏置电压调节信号输出端连接一号电光调制器6的电压信号输入端；
[0071]经二号偏振控制器4调制后的偏振光入射至单边带调制器22，微波发生器8的驱动信号输出端连接单边带调制器22的驱动信号输入端，经单边带调制器22调制后的光束经光纤隔离器16后入射至传感光纤20的另一端；
[0072]二号光纤环形器192号端口输出的相干双脉冲序列光信号与经光纤隔离器16后的探测光在传感光纤20内发生受激布里渊散射，散射出的光信号经扰偏仪19扰偏后入射至二号光纤环形器17的2号端口，经二号光纤环形器17的3号端口发射出的光信号入射至光电探测器18的感光面上，经光电探测器18转换后的电信号发送至数据采集卡15的数据信号输入端，现场可编程逻辑门阵列7的触发信号输出端连接数据采集卡15数据采集控制信号输入端。
[0073]【具体实施方式】六、本实施方式是利用【具体实施方式】一所述的基于相干双脉冲对序列技术布里渊光时域分析仪抑制共模噪声的方法，该方法的具体步骤:
[0074]步骤一、开启激光器I的电源发射连续激光束，经一号光纤耦合器2按1:1的比例将连续激光束分成两束连续光；
[0075]步骤二、函数发生器21产生电脉冲信号驱动电光调制器6输出相关双脉冲对序列光信号;
[0076]所述相关双脉冲对序列中前一个脉冲的脉冲持续时间为τ i，后一个脉冲的脉冲持续时间为τ2，脉冲间隔为Λ τ，相干双脉冲对序列时间间隔为τ—“同一组脉冲对中两脉冲的间隔Λ τ小于脉冲对序列相干时间τ。—即Δ τ < τ Coherent ；
[0077]步骤三、相关双脉冲对序列光信号经掺铒光纤放大器14放大后经扰偏仪17进行扰偏，并将扰偏后的相关双脉冲对序列入射至二号光纤环形器19的I号端口，经二号光纤环形器19的2号端口发射至传感光纤20的一端；
[0078]同时相关双脉冲对序列光信号通过光电转换电路10转换后发送至可调直流稳压电源5的调节信号输入端，可调直流稳压电源5对一号电光调制器6的电压进行调节；
[0079]步骤四、利用微波发生器8产生的微波信号，并将微波信号加载与二号电光调制器9接收的连续光进行叠加，并将叠加后的连续光发射至一号光纤环形器13的I号端口；
[0080]利用微波发生器8产生的微波信号，并将微波信号与二号电光调制器9接收的连续光进行叠加:连续光通过二号电光调制器9产生的边频偏差为布里渊频移vB，获得的连续光的频率为Vo±vB和Vo，其中Vtl为激光器I的频率；
[0081]步骤五、入射至一号光纤环形器13的光束经光纤布拉格光栅12滤除下边频，获得连续上边频光，连续上边频光经光纤隔离器16后发射至传感光纤20的另一端；
[0082]步骤六、连续上边频光和扰偏后的相关双脉冲对序列光信号在传感光纤20中发生受激布里渊散射作用；
[0083]步骤七、经受激布里渊散射作用后的探测光经二号光纤环形器17后入射至光电探测器18的感光面上，光电探测器18将接收到的光信号转换为电信号并发送至数据采集卡15，获得布里渊散射信号；
[0084]步骤八、采用差分数据处理方法去掉步骤七获得的布里渊散射信号中脉冲对所对应的两个后向散射布里渊信号共有的共模噪声，实现对共模噪声的抑制。
[0085]【具体实施方式】七、本实施方式是利用【具体实施方式】四所述的基于相干双脉冲对序列技术布里渊光时域分析仪抑制共模噪声的方法，该方法的具体步骤为:
[0086]步骤一、开启激光器I的电源发射连续激光束，经一号光纤耦合器2按1:1的比例将连续激光束分成两束连续光；
[0087]步骤二、函数发生器21产生电脉冲信号驱动电光调制器6输出相关双脉冲对序列光信号；[0088]所述相关双脉冲序列为序列中前一个脉冲的脉冲持续时间为τ i，后一个脉冲的脉冲持续时间为τ2，脉冲间隔为Λ τ，相干双脉冲对序列时间间隔为τ—1;同一组脉冲对中两脉冲的间隔△ τ小于脉冲对序列相干时间
T Coherent，艮P Δ T〈 T Q0Ilerent ;
[0089]步骤三、相关双脉冲对序列光信号经掺铒光纤放大器14放大后经扰偏仪17进行扰偏，并将扰偏后的相关双脉冲对序列光信号入射至二号光纤环形器19的I号端口，经二号光纤环形器19的2号端口发射至传感光纤20的一端；
[0090]同时相关双脉冲对序列光信号通过光电装换电路10转换后发送至可调直流稳压电源5的调节信号输入端，可调直流稳压电源5对一号电光调制器6的电压进行调节；
[0091]步骤四、利用微波发生器8产生的微波信号，并将微波信号加载与二号电光调制器9接收的连续光进行叠加，并将叠加后的连续光发射至一号光纤环形器13的I号端口；
[0092]利用微波发生器8产生的微波信号，并将微波信号与二号电光调制器9接收的连续光进行叠加:连续光通过二号电光调制器9产生的边频偏差为布里渊频移vB，获得的连续光的频率为Vo±vB和Vo，其中Vtl为激光器I的频率；
[0093]步骤五、入射至一号光纤环形器13的光束经光纤布拉格光栅12滤除下边频，获得连续上边频光，连续上边频光经光纤隔离器16后发射至传感光纤20的另一端；
[0094]步骤六、连续上边频光和扰偏后的相关双脉冲对序列光信号在传感光纤20中发生受激布里渊散射；
[0095]步骤七、布里渊散射后的光信号经二号光纤环形器17后入射至光电探测器18的感光面上，电探测器18将接收到的光信号转换为电信号并发送至数据采集卡15，获得布里渊散射信号；
[0096]步骤八、采用差分数据处理方法去掉步骤七获得的布里渊散射信号中脉冲对所对应的两个后向散射布里渊信号共有的共模噪声，实现对共模噪声的抑制。
[0097]本发明中所述的差分数据处理的具体实施方法是:
[0098]由光电探测器18采集到了两个连续的布里渊散射信号，将相邻的两个信号的对应位置进行数据上的相减做差处理以去掉共有的共模噪声。
[0099]本发明具有以下的优点:
[0100]1.本发明提出基于相干双脉冲对序列技术布里渊光时域分析仪具有高空间分辨率、快速、高信噪比高等优势，由于泵浦光采用相干脉冲对序列，省略了脉冲转换时间，减少一半测量时间，达到快速测量的效果。
[0101]2.探测器同时接收到两次布里渊信号，两次布里渊信号具有相同的共模噪声。通过对数据进行差分处理，可以有效地去除共模噪声，增强信噪比。
【权利要求】
1.基于相干双脉冲对序列技术布里渊光时域分析仪，其特征在于，该分析仪包括激光器(I)、一号光纤稱合器(2)、一号偏振控制器(3)、二号偏振控制器(4)、可调直流稳压电源(5)、一号电光调制器(6)、现场可编程逻辑门阵列(7)、微波发生器(8)、二号电光调制器(9)、光电转换电路(10)、二号光纤稱合器(11)、光纤布拉格光栅(12)、一号光纤环形器(13)、掺铒光纤放大器(14)、数据采集卡(15)、光纤隔离器(17)、扰偏仪(17)、光电探测器(18)、二号光纤环形器(19)和传感光纤(20)； 激光器(I)发射的连续激光经一号光纤耦合器(2)分成两束连续光，该两束连续光分别入射至一号偏振控制器(3)和二号偏振控制器(4),经一号偏振控制器(3)后的偏振光入射至一号电光调制器出)，一号电光调制器(6)经现场可编程逻辑门阵列(7)驱动后输出相关双脉冲序列光信号，所述相关双脉冲序列光信号经二号光纤稱合器(11)后分成两列相关脉冲序列光信号，该两列相关双脉冲序列光信号分别入射至掺铒光纤放大器(14)和光电转换电路(10)的感光面，经光电转换电路(10)转换获得的电信号输入至可调直流稳压电源(5)的调节信号输入端， 经掺铒光纤放大器(14)放大后的相干双脉冲序列光信号经扰偏仪(17)扰偏后入射至二号光纤环形器(19)的I号端口，二号光纤环形器(19)2号端口输出的相干双脉冲序列光信号入射至传感光纤(20)的一端， 可调直流稳压电源(5)的偏置电压调节信号输出端连接一号电光调制器(6)的电压信号输入端； 经二号偏振控制器(4)后的偏振光入射至二号电光调制器(9)，微波发生器(8)的驱动信号输出端连接二号电光调制器(9)的驱动信号输入端，经二号电光调制器(9)调制后的光束入射至一号光纤环形器(13)的I号端口，经一号光纤环形器(13)的2号端口输出后入射至光纤布拉格光栅(12),经光纤布拉格光栅(12)选频滤波后的探测光从一号光纤环形器(13)的3号端口输出，从一号光纤环形器(13)的3号端口输出的光束经光纤隔离器(17)后入射至传感光纤(20)的另一端； 二号光纤环形器(17)2号端口输出的相干双脉冲序列光信号与经光纤隔离器(17)后的探测光在传感光纤(20)内发生受激布里渊散射作用，传感光纤(20)内散射出的探测光入射至二号光纤环形器(17)的2号端口，经二号光纤环形器(17)的3号端口发射出的光信号入射至光电探测器(18)的感光面上，经光电探测器(18)转换后的电信号发送至数据采集卡(15)的数据信号输入端，现场可编程逻辑门阵列(7)的触发信号输出端连接数据采集卡(15)数据采集控制信号输入端。
2.根据权利要求1所述的基于相干双脉冲对序列技术布里渊光时域分析仪，其特征在于，激光器(I)采用可调谐激光器或分布反馈式半导体激光器。
3.根据权利要求1所述的基于相干双脉冲对序列技术布里渊光时域分析仪，其特征在于，传感光纤(20)采用单模光纤或保偏光纤。
4.基于相干双脉冲对序列技术布里渊光时域分析仪，其特征在于，该分析仪包括激光器(I)、一号光纤稱合器(2)、一号偏振控制器(3)、二号偏振控制器(4)、可调直流稳压电源(5)、一号电光调制器(6)、现场可编程逻辑门阵列(7)、微波发生器(8)、二号电光调制器(9)、光电转换电路(10)、二号光纤稱合器(11)、光纤布拉格光栅(12)、一号光纤环形器(13)、 掺铒光纤放大器(14)、数据采集卡(15)、光纤隔离器(17)、扰偏仪(17)、光电探测器(18)、二号光纤环形器(19)、传感光纤(20)和函数发生器(21)； 激光器(I)发射的连续激光经一号光纤耦合器(20)分成两束连续光，该两束连续光分别入射至一号偏振控制器(3)和二号偏振控制器(4)，经一号偏振控制器(3)调制后的偏振光入射至一号电光调制器(6)，一号电光调制器(6)经函数发生器(21)驱动后输出相关双脉冲序列光信号，所述相关双脉冲序列光信号经二号光纤稱合器(11)后分成两列相关双脉冲序列光信号，该两列相关双脉冲序列光信号分别入射至掺铒光纤放大器(14)的入射面和光电转换电路(10)的感光面，经光电转换电路(10)转换获得的电信号输入至可调直流稳压电源(5)的调节信号输入端， 经掺铒光纤放大器(14)放大后的相干双脉冲序列光信号经扰偏仪(17)扰偏后入射至二号光纤环形器(19)的I号端口，二号光纤环形器(19)2号端口输出的相干双脉冲序列光信号入射至传感光纤(20)的一端， 可调直流稳压电源(5)的偏置电压调节信号输出端连接一号电光调制器(6)的电压信号输入端； 经二号偏振控制器(4)调制后的偏振光入射至二号电光调制器(9)，微波发生器(8)的驱动信号输出端连接二号电光调制器(9)的驱动信号输入端，经二号电光调制器(9)调制后的光束入射至一号光纤环形器(13)的I号端口，经一号光纤环形器(13)的2号端口输出后入射至光纤布拉格光栅(12),经光纤布拉格光栅(12)选频滤波后的探测光从一号光纤环形器(13)的3号端口输出，从一号光纤环形器(13)的3号端口输出的光束经光纤隔离器(17)后入射至传感光纤(20)的另一端； 二号光纤环形器 (19)2号端口输出的相干双脉冲序列光信号与经光纤隔离器(17)后的探测光在传感光纤(20)内发生受激布里渊散射，散射出的光信号入射至二号光纤环形器(19)的2号端口，经二号光纤环形器(19)的3号端口发射出的光信号入射至光电探测器(18)的感光面上，经光电探测器(18)转换后的电信号发送至数据采集卡(15)的数据信号输入端，现场可编程逻辑门阵列(7)的触发信号输出端连接数据采集卡(15)数据采集控制信号输入端。
5.基于相干双脉冲对序列技术布里渊光时域分析仪，其特征在于，该时域分析仪包括激光器(I)、一号光纤I禹合器(2)、一号偏振控制器(3)、二号偏振控制器(4)、可调直流稳压电源(5)、一号电光调制器(6)、现场可编程逻辑门阵列(7)、微波发生器⑶、光电转换电路(10)、二号光纤耦合器(11)、掺铒光纤放大器(14)、数据采集卡(15)、光纤隔离器(17)、扰偏仪(17)、光电探测器(18)、二号光纤环形器(19)、传感光纤(20)和单边带调制器(22)；激光器(I)发射的连续激光经一号光纤耦合器(2)后的两束连续光分别入射至一号偏振控制器(3)和二号偏振控制器(4),经一号偏振控制器(3)调制后的偏振光入射至一号电光调制器出)，一号电光调制器(6)经现场可编程逻辑门阵列(7)驱动后输出相关脉冲序列，相关双脉冲序列经二号光纤耦合器(11)后的两列相关双脉冲序列分别入射至掺铒光纤放大器(14)和可调直流稳压电源(5)的感光面，经掺铒光纤放大器(14)放大后经扰偏仪(17)扰偏后的干脉冲序列入射至二号光纤环形器(19)的I号端口，二号光纤环形器(19)2号端口输出的相干双脉冲序列入射至传感光纤(20)的一端， 可调直流稳压电源(5)的偏置电压调节信号输出端连接一号电光调制器(6)的电压信号输入端；经二号偏振控制器(4)调制后的偏振光入射至单边带调制器(22)，微波发生器(8)的驱动信号输出端连接单边带调制器(22)的驱动信号输入端，经单边带调制器(22)调制后的光束经光纤隔离器(17)后入射至传感光纤(20)的另一端； 二号光纤环形器(19)2号端口输出的相干双脉冲序列光信号与经光纤隔离器(17)后的探测光在传感光纤(20)内发生受激布里渊散射,散射出的光信号经扰偏仪(19)扰偏后入射至二号光纤环形器(17)的2号端口，经二号光纤环形器(17)的3号端口发射出的光信号入射至光电探测器(18)的感光面上，经光电探测器(18)转换后的电信号发送至数据采集卡(15)的数据信号输入端，现场可编程逻辑门阵列(7)的触发信号输出端连接数据采集卡(15)数据采集控制信号输入端。
6.利用权利要求1所述的基于相干双脉冲对序列技术布里渊光时域分析仪抑制共模噪声的方法，其特征在于，该方法的具体步骤: 步骤一、开启激光器(I)的电源发射连续激光束，经一号光纤耦合器(2)按1:1的比例将连续激光束分成两束连续光； 步骤二、函数发生器(21)产生电脉冲信号驱动电光调制器(6)输出相关双脉冲对序列光信号; 所述相关双脉冲对序列中前一个脉冲的脉冲持续时间为τ i，后一个脉冲的脉冲持续时间为τ2，脉冲间隔为Λ τ，相干双脉冲对序列时间间隔为同一组脉冲对中两脉冲的间隔Λ τ小于脉冲对序列相干时间T Coherent，艮P Δ T〈 T Q0Ilerent ; 步骤三、相关双脉冲对序列光信号经掺铒光纤放大器(14)放大后经扰偏仪(17)进行扰偏，并将扰偏后的相关双脉冲对序列入射至二号光纤环形器(19)的I号端口，经二号光纤环形器(19)的2号端口发射至传感光纤(20)的一端；同时相关双脉冲对序列光信号通过光电转换电路(10)转换后发送至可调直流稳压电源(5)的调节信号输入端，可调直流稳压电源(5)对一号电光调制器(6)的电压进行调节；步骤四、利用微波发生器(8)产生的微波信号，并将微波信号加载与二号电光调制器(9)接收的连续光进行叠加，并将叠加后的连续光发射至一号光纤环形器(13)的I号端Π ； 利用微波发生器(8)产生的微波信号，并将微波信号与二号电光调制器(9)接收的连续光进行叠加:连续光通过二号电光调制器(9)产生的边频偏差为布里渊频移vB，获得的连续光的频率为Vo±vB和％，其中％为激光器I的频率； 步骤五、入射至一号光纤环形器(13)的光束经光纤布拉格光栅(12)滤除下边频，获得连续上边频光，连续上边频光经光纤隔离器(17)后发射至传感光纤(20)的另一端； 步骤六、连续上边频光和扰偏后的相关双脉冲对序列光信号在传感光纤(20)中发生受激布里渊散射作用； 步骤七、经受激布里渊散射作用后的探测光经二号光纤环形器(17)后入射至光电探测器(18)的感光面上，光电探测器(18)将接收到的光信号转换为电信号并发送至数据采集卡(15)，获得布里渊散射信号； 步骤八、采用差分数据处理方法去掉步骤七获得的布里渊散射信号中脉冲对所对应的两个后向散射布里渊信号共有的共模噪声，实现对共模噪声的抑制。
7.利用权利要求4所述的基于相干双脉冲对序列技术布里渊光时域分析仪抑制共模噪声的方法，其特征在于，该方法的具体步骤为: 步骤一、开启激光器(I)的电源发射连续激光束，经一号光纤耦合器(2)按1:1的比例将连续激光束分成两束连续光； 步骤二、函数发生器(21)产生电脉冲信号驱动电光调制器(6)输出相关双脉冲对序列光信号; 所述相关双脉冲序列为序列中前一个脉冲的脉冲持续时间为τ i，后一个脉冲的脉冲持续时间为τ2，脉冲间隔为Λ τ，相干双脉冲对序列时间间隔为τ—“同一组脉冲对中两脉冲的间隔Λ τ小于脉冲对序列相干时间τ。—即Δ τ < τ Coherent ； 步骤三、相关双脉冲对序列光信号经掺铒光纤放大器(14)放大后经扰偏仪(17)进行扰偏，并将扰偏后的相关双脉冲对序列光信号入射至二号光纤环形器(19)的I号端口，经二号光纤环形器(19)2号端口发射至传感光纤(20)的一端；同时相关双脉冲对序列光信号通过光电装换电路(10)转换后发送至可调直流稳压电源(5)的调节信号输入端，可调直流稳压电源(5)对一号电光调制器(6)的电压进行调节；步骤四、利用微波发生器(8)产生的微波信号，并将微波信号加载与二号电光调制器(9)接收的连续光进行叠加，并将叠加后的连续光发射至一号光纤环形器(13)的I号端Π ； 利用微波发生器(8)产生的微波信号，并将微波信号与二号电光调制器(9)接收的连续光进行叠加:连续光通过二号电光调制器(9)产生的边频偏差为布里渊频移vB，获得的连续光的频率为VB和V O，其中V ο为激光器⑴的频率； 步骤五、入射至一号光纤环形器(13)的光束经光纤布拉格光栅(12)滤除下边频，获得连续上边频光，连续上边频光经光纤隔离器(17)后发射至传感光纤(20)的另一端； 步骤六、连续上边频光和扰偏后的相关双脉冲对序列光信号在传感光纤(20)中发生受激布里渊散射； 步骤七、布里渊散射后的光信号经二号光纤环形器(17)后入射至光电探测器(18)的感光面上，电探测器(18)将接收到的光信号转换为电信号并发送至数据采集卡(15)，获得布里渊散射信号； 步骤八、采用差分数据处理方法去掉步骤七获得的布里渊散射信号中脉冲对所对应的两个后向散射布里渊信号共有的共模噪声，实现对共模噪声的抑制。
【文档编号】G01D3/036GK104019836SQ201410283521
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年6月23日 优先权日:2014年6月23日
【发明者】董永康, 滕雷, 吕志伟 申请人:哈尔滨工业大学