【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及布式光纖傳感，尤其涉及基于時間重疊偏振分集的botda光纖傳感裝置及方法。
技術介紹
1、在布里淵光時域分析（botda）技術中，為了控制成本，通常選用普通的單模光纖作為傳感介質。然而，單模光纖在制造過程中可能因拉制不均勻或受到彎曲、振動等外部機械力的影響，而產生雙折射特性，進而導致輸入光纖的光偏振態發生隨機變化，使得泵浦光與探測光的偏振態難以持續保持一致，進而引發布里淵增益的偏振衰落問題。
2、隨機擾偏是解決該問題的一種常用技術。該技術通過擾偏器對泵浦光進行隨機擾偏，從而有效抑制偏振衰落。然而，由于擾偏的隨機性，會導致測量過程中出現強烈的測量不穩定性，即偏振噪聲。這種偏振噪聲會顯著影響傳感系統的信噪比，降低系統的性能。偏振噪聲的大小與布里淵增益的大小線性相關，隨著布里淵增益的增大，偏振噪聲隨之變強。在脈沖編碼botda光纖傳感器中，泵浦編碼序列可產生很強的累積布里淵增益，進而引入很強的偏振噪聲，該噪聲是脈沖編碼botda光纖傳感器中的主導噪聲。
3、另一種應對偏振衰落的方法是采用偏振開關。該方法將兩個正交偏振態的泵浦脈沖分別輸入傳感光纖，然后將兩個泵浦光下得到的布里淵增益信號進行疊加處理。對于單脈沖botda光纖傳感器而言，這種方法可以有效抑制偏振衰落。然而對于脈沖編碼botda光纖傳感器而言，偏振開關技術會引入偏振牽引效應，進而導致偏振衰落。此外，偏振開關技術會使測量時間加倍。
4、綜上所述，雖然隨機擾偏和偏振開關技術都能在一定程度上解決偏振衰落問題，但它們各自都存在一些局限
技術實現思路
1、為了解決脈沖編碼botda光纖傳感器中的偏振噪聲和偏振衰落問題，本專利技術提出基于時間重疊偏振分集的botda光纖傳感裝置及方法，一方面可以避免擾偏導致的偏振噪聲問題，另一方面區別于傳統的偏振開關方案，避免了偏振牽引效應導致的偏振衰落，大幅度提升了傳感器的測量精度。
2、本申請公開了基于時間重疊偏振分集的botda光纖傳感裝置，包括激光器，所述激光器的輸出端連接有第一光纖耦合器；
3、第一光纖耦合器的一個輸出端依次連接有第一偏振控制器、強度調制器、光隔離器和傳感光纖，強度調制器的輸入端連接有微波源；
4、第一光纖耦合器的另一個輸出端連接有第二光纖耦合器，第二光纖耦合器的一個輸出端依次連接有第一聲光調制器和第二偏振控制器，第二光纖耦合器的另一個輸出端依次連接有第二聲光調制器、第三偏振控制器，第一聲光調制器輸入端和第二聲光調制器輸入端均與雙通道任意波形發生器連接，第二偏振控制器輸出端和第三偏振控制器輸出端均與偏振合束器連接，偏振合束器的輸出端依次連接有第一摻鉺光纖放大器、第一光環形器，第一光環形器的反射端與傳感光纖的輸出端連接；
5、第一光環形器的輸出端連接有第二摻鉺光纖放大器，第二摻鉺光纖放大器連接有第二光環形器，第二光環形器的反射端連接有光纖布拉格光柵，第二光環形器的輸出端依次連接有光電探測器、低通濾波器、數據采集和分析系統。
6、優選的，所述激光器為窄線寬激光器。
7、優選的，所述第一光纖耦合器和第二光纖耦合器的分光比均為50:50。
8、優選的，所述第一聲光調制器的輸入端與雙通道任意波形發生器的第一通道信號輸出端連接，第二聲光調制器的輸入端與雙通道任意波形發生器的第二通道信號輸出端連接。
9、本申請還公開了基于時間重疊偏振分集的botda光纖傳感方法，所述方法基于botda光纖傳感裝置實現，包括以下步驟：
10、s1、啟動botda光纖傳感裝置，激光器發出激光；
11、s2、雙通道任意波形發生器輸出脈沖編碼序列；
12、s3、微波源驅動強度調制器進行頻率掃描，掃描范圍可調；
13、s4、通過光電探測器將不同掃描頻率的探測光轉換為電信號，經數據采集和分析系統對電信號進行處理，解調出傳感光纖沿線的溫度和應力分布。
14、優選的，所述數據采集和分析系統對電信號進行處理時，首先對不同掃描頻率點下的累積布里淵增益曲線進行解碼得到單脈沖布里淵增益曲線，將一系列單脈沖增益曲線合并得到每個位置的布里淵增益譜，并在傳感光纖的不同位置處進行洛倫茲擬合，進而解調出布里淵頻移信息，反映出溫度應力變化。
15、優選的，所述數據采集和分析系統對電信號的處理方式采用matlab和cpu的離線處理方式。
16、優選的，所述數據采集和分析系統對電信號的處理方式采用現場可編程門陣列加速的在線處理方式。
17、優選的，所述激光器發出的連續光經過第一光纖耦合器被分成兩路光；
18、上路光經過第一偏振控制器后進入偏壓為的強度調制器進行載波抑制的雙邊帶調制，改變驅動強度調制器的微波源的頻率，使兩個光邊帶的頻率相應變化，強度調制器輸出的雙邊帶連續光經過光隔離器注入傳感光纖作為探測光；
19、下路光經過第二光纖耦合器被分成兩路光，這兩路光被雙通道任意波形發生器產生的兩路碼字相同的編碼序列通過第一聲光調制器和第二聲光調制器分別調制成脈沖光，對雙通道任意波形發生器兩個通道之間的時延進行調整以確保兩路光脈沖在時間上嚴格重疊，隨后，兩路光脈沖的偏振態由第二偏振控制器和第三偏振控制器進行調節，以分別對準偏振合束器的快軸和慢軸，合束后的光脈沖序列經過第一摻鉺光纖放大器放大至峰值功率，然后作為泵浦光經過第一光環行器輸入到傳感光纖；
20、相向傳輸的泵浦光與探測光在傳感光纖中發生受激布里淵作用，作用后的探測光經第一光環行器的輸出端進入第二摻鉺光纖放大器，探測光的低頻邊帶經第二摻鉺光纖放大器進行放大，然后經過第二光環行器和光纖布拉格光柵帶通濾波，隨后，探測光經光電探測器后轉變成電信號，電信號被低通濾波器濾波去噪后，經高頻同軸電纜傳輸至數據采集和分析系統，對采集的電信號處理，實現分布式溫度應力測量。
21、本專利技術的有益效果：
22、（1）本專利技術無需擾偏，兩路偏振態垂直的泵浦脈沖序列合束后進入傳感光纖，同時與探測光相互作用可使布里淵增益最大化，有效抑制偏振衰落和偏振噪聲，減少了數據累加平均次數，降低了采集時間，提高了傳感速度。
23、（2）本專利技術的兩個編碼序列時間重疊雖然產生同頻干涉，但是其周期與編碼序列周期不同，在原始數據平均的過程中，同頻干涉導致的幅度波動不會影響布里淵增益的解調，從而既可以降低數據測量時間和原始數據量，也可以降低系統的復雜度。
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1.基于時間重疊偏振分集的BOTDA光纖傳感裝置，其特征在于，包括激光器（1），所述激光器（1）的輸出端連接有第一光纖耦合器（2）；
2.根據權利要求1所述的基于時間重疊偏振分集的BOTDA光纖傳感裝置，其特征在于，所述激光器（1）為窄線寬激光器。
3.根據權利要求2所述的基于時間重疊偏振分集的BOTDA光纖傳感裝置，其特征在于，所述第一光纖耦合器（2）和第二光纖耦合器（8）的分光比均為50:50。
4.根據權利要求3所述的基于時間重疊偏振分集的BOTDA光纖傳感裝置，其特征在于，所述第一聲光調制器（9）的輸入端與雙通道任意波形發生器（11）的第一通道信號輸出端連接，第二聲光調制器（12）的輸入端與雙通道任意波形發生器（11）的第二通道信號輸出端連接。
5.基于時間重疊偏振分集的BOTDA光纖傳感方法，其特征在于，基于權利要求1-4任一所述的BOTDA光纖傳感裝置實現，包括以下步驟：
6.根據權利要求5所述的基于時間重疊偏振分集的BOTDA光纖傳感方法，其特征在于，所述數據采集和分析系統（22）對電信號進行處理時，首先對
7.根據權利要求6所述的基于時間重疊偏振分集的BOTDA光纖傳感方法，其特征在于，所述數據采集和分析系統（22）對電信號的處理方式采用Matlab和CPU的離線處理方式。
8.根據權利要求7所述的基于時間重疊偏振分集的BOTDA光纖傳感方法，其特征在于，所述數據采集和分析系統（22）對電信號的處理方式采用現場可編程門陣列加速的在線處理方式。
9.根據權利要求8所述的基于時間重疊偏振分集的BOTDA光纖傳感方法，其特征在于，所述激光器（1）發出的連續光經過第一光纖耦合器（2）被分成上下兩路光；
...【技術特征摘要】
1.基于時間重疊偏振分集的botda光纖傳感裝置，其特征在于，包括激光器（1），所述激光器（1）的輸出端連接有第一光纖耦合器（2）；
2.根據權利要求1所述的基于時間重疊偏振分集的botda光纖傳感裝置，其特征在于，所述激光器（1）為窄線寬激光器。
3.根據權利要求2所述的基于時間重疊偏振分集的botda光纖傳感裝置，其特征在于，所述第一光纖耦合器（2）和第二光纖耦合器（8）的分光比均為50:50。
4.根據權利要求3所述的基于時間重疊偏振分集的botda光纖傳感裝置，其特征在于，所述第一聲光調制器（9）的輸入端與雙通道任意波形發生器（11）的第一通道信號輸出端連接，第二聲光調制器（12）的輸入端與雙通道任意波形發生器（11）的第二通道信號輸出端連接。
5.基于時間重疊偏振分集的botda光纖傳感方法，其特征在于，基于權利要求1-4任一所述的botda光纖傳感裝置實現，包括以下步驟：
6.根據權利要...
【專利技術屬性】
技術研發人員：李宗雷，應該，吳海波，高仕斌，華澤璽，閆連山，
申請(專利權)人：西南交通大學，
類型：發明
國別省市：
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