一种基于干涉仪的补偿频率漂移的φ-OTDR双脉冲探测系统

本发明涉及光纤传感器技术领域，尤其涉及一种基于干涉仪的补偿频率漂移的双脉冲探测系统。

背景技术：

当前传统的分布式光纤传感系统存在着得到的信号信噪比较低的问题，双脉冲探测技术虽然能够在一定程度上提升系统的信噪比，但也带来了灵敏度的提升和信噪比的提升之间的矛盾。除此之外，激光的频率漂移也会导致系统的探测能力下降，由此而限制了光纤传感在高灵敏度和低频探测方面的发展。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明目的是提供一种基于干涉仪的补偿频率漂移的双脉冲探测系统。

一种基于干涉仪的补偿频率漂移的双脉冲探测系统，包括双脉冲生成模块、马赫曾德干涉仪补偿激光频率漂移模块、探测光纤模块以及数据采集及信号处理模块；

双脉冲生成模块中，低频漂窄线宽激光器的输出端连接90:10光电耦合器输入端；90：10光电耦合器的90分光比输出端连接第一声光调制器的第一输入端；任意函数发生器的第一输出端连接第一声光调制器的第二输入端；任意函数发生器的第二输出端连接放大器的输入端；第一声光调制器的输出端连接不平衡迈克耳孙干涉仪的输入端；不平衡迈克耳孙干涉仪的输出端连接第二声光调制器的第一输入端；放大器的输出端连接第二声光调制器的第二输入端；第二声光调制器的输出端连接掺铒光纤放大器的输入端，从而产生双脉冲；

马赫曾德干涉仪补偿激光频率漂移模块中，90:10光电耦合器的10分光比输出端连接不平衡马赫曾德干涉仪的输入端，不平衡马赫曾德干涉仪的输出端连接第一雪崩光电二极管，第一雪崩光电二极管的输出端连接数据采集卡的输入端，从而将数据进行采集处理；

探测光纤模块中，掺铒光纤放大器的输出端连接光纤环形器；光纤环形器的一端连接待测光纤，作为对检测区域的探测媒介；

数据采集及信号处理模块中，光纤环形器的输出端连接第二雪崩光电二极管，第二雪崩二极管的输出端连接pc数据处理单元的输入端，利用数据采集卡采集电信号，数据采集卡的输出端连接pc数据处理单元，最后通过计算机处理所得到的信号。

本发明提供的技术方案带来的有益效果是：采用双脉冲探测的方法，提高系统的信噪比，并且解决了提高系统灵敏度和提升探测信号信噪比的矛盾，对激光频率漂移进行了补偿，进一步提升了系统的信噪比。

附图说明

图1是本发明一种基于干涉仪的补偿频率漂移的双脉冲探测系统的结构图；

图2是本发明一种基于干涉仪的补偿频率漂移的双脉冲探测系统的原理图；

其中：1-低频漂窄线宽激光器、2-90:10光电耦合器、31-第一声光调制器、32-第二声光调制器、4-任意函数发生器、5-放大器、6-不平衡迈克尔逊干涉仪、7-掺铒光纤放大器、8-光纤环形器、9-待测光纤、10-不平衡马赫曾德干涉仪、111-第一雪崩光电二极管、112-第二雪崩光电二极管、12-数据采集卡、13-pc数据处理单元、a-双脉冲生成模块、b-马赫曾德干涉仪补偿激光频率漂移模块、c-探测光纤模块、d-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基于干涉仪的补偿频率漂移的双脉冲探测系统，包括双脉冲生成模块a、马赫曾德干涉仪补偿激光频率漂移模块b、探测光纤模块c以及数据采集及信号处理模块d。

双脉冲生成模块a，包括低频漂窄线宽激光器1(约为3khz)、90:10光电耦合器2、第一声光调制器31、第二声光调制器32、任意函数发生器4、放大器5、迈克尔逊干涉仪6、掺铒光纤放大器7；其中，低频漂窄线宽激光器1的输出端连接90:10光电耦合器2的输入端；90:10光电耦合器2的90分光比输出端连接第一声光调制器31的第一输入端；任意函数发生器4第一输出端连接第一声光调制器31的第二输入端；任意函数发生器4的第二出端连接放大器5的输入端；第一声光调制器31的输出端连接臂差为2l的不平衡迈克耳孙干涉仪6的输入端；不平衡迈克耳孙干涉仪6的输出端连接第二声光调制器32的第一输入端；放大器5的输出端连接第二声光调制器32的第二输入端；第二声光调制器32的输出端连接掺铒光纤放大器7的输入端。

所述低频漂窄线宽激光器1，用于产生具有低的频率漂移和窄线宽的激光；所述光电耦合器(90:10)2，用于将光源产生的激光分光，从而使其分别进入接下来的光路；

所述不平衡迈克耳孙干涉仪6，设其臂差为20m，对应于脉冲间隔来说足够短，可以保证第二声光探测器32不发生频移抖动，从而保证外差频率稳定，经过干涉仪作用后产生一对探针脉冲；

所述第二声光探测器32，用于对探针脉冲进行调制得到一对双脉冲；

所述掺铒光纤放大器7，用于对经过调制的双脉冲进行放大。

马赫曾德干涉仪补偿激光频率漂移模块b，包括不平衡马赫曾德干涉仪10、第一雪崩光电二极管111；其中，光电耦合器2的10分光比输出端连接不平衡马赫曾德干涉仪10的输入端，不平衡马赫曾德干涉仪10的输出端连接第一雪崩光电二极管111，第一雪崩光电二极管111的输出端连接数据采集卡12的输入端。

所述不平衡马赫曾德干涉仪10，用于测量激光频率，在其一个臂中插入延时光纤，得到马赫曾德干涉仪的输出光波；

所述第一雪崩光电二极管111，用于接收不平衡马赫曾德干涉仪10的输出光波；

探测光纤模块c，包括光纤环形器8和待测光纤9，掺铒光纤放大器7的输出端连接光纤环形器8；光纤环形器8的一端连接待测光纤9。

所述光纤环形器8，用于将产生的双脉冲信号输送进待测光纤9，并且将待测光纤9中的后向瑞利散射信号返回并输送到第二雪崩光电二极管112；

所述待测光纤9，用于传输探测所用的双脉冲和产生后向瑞利散射光信号，监测待测到的扰动。

数据采集及信号处理模块d，包括第二雪崩光电二极管112、数据采集卡12以及pc数据处理单元13；其中，光纤环形器8的输出端连接第二雪崩光电二极管112，第二雪崩二极管(112)的输出端连接pc数据处理单元(13)的输入端，数据采集卡(12)的输出端连接pc数据处理单元(13)。

所述第二雪崩光电二极管112用于接收从环形器8输出的光信号，包括脉冲信号和后向瑞利散射信号；所述数据采集卡12，用于采集得到的散射光信号；

所述pc数据处理单元13，用于处理由数据采集卡12采集到的信号，对其进行解调还原及频率漂移补偿，对于不平衡马赫曾德干涉仪10获得的光波，它的强度与激光频率直接相关，从而得到辅助不平衡马赫曾德干涉仪10的频率进而解调出相位，解调还原获得的传感光纤受到扰动的相关信息，包括位置、相位、振幅、频率等，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。