本實(shí)用新型涉及一種基于近紅外單光子探測(cè)器的BOTDR測(cè)量系統(tǒng)，屬于光纖分布式傳感與微弱紅外光電探測(cè)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

分布式光纖傳感，利用激光在光纖中傳播產(chǎn)生的后向散射現(xiàn)象，在通訊、遙感、航空航天及軍事偵察等諸多國(guó)防民用領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景，分布式傳感方法具體可分為三大類，基于瑞麗散射的分布式傳感、基于布里淵散射的分布式傳感、基于拉曼散射的傳感，滿足不同方面，不同測(cè)量精度范圍的應(yīng)用需求，其中基于布里淵散射的分布式光纖傳感方法，是當(dāng)光信號(hào)進(jìn)入光纖后，在光纖材料的分子中將伴隨有微小振動(dòng)的存在，從而導(dǎo)致光纖的內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，使折射率呈周期性分布，同時(shí)引起一個(gè)自發(fā)的聲場(chǎng)，于是在聲場(chǎng)的作用下光纖中傳播的入射光波將產(chǎn)生的一個(gè)非彈性散射，稱為布里淵散射。利用這種現(xiàn)象的分布式傳感技術(shù)稱之為基于布里淵散射的分布式傳感技術(shù)，通常沿光纖分布的溫度或者應(yīng)力發(fā)生改變時(shí)，將影響到光纖中的布里淵散射信號(hào)的頻移量，除此之外，其還將對(duì)后向布里淵散射光的強(qiáng)度產(chǎn)生影響，在基于布里淵散射的分布式光纖傳感器中，在光纖的入射端輸入一個(gè)經(jīng)脈沖調(diào)制的光信號(hào)，當(dāng)光信號(hào)在光纖的傳播過(guò)程中將產(chǎn)生后向的瑞利散射，布里淵散射，和拉曼散射信號(hào)（由于拉曼信號(hào)較弱在此系統(tǒng)中被忽略），然后在入射端檢測(cè)沿光纖長(zhǎng)度分布的瑞利散射光，布里淵散射光的強(qiáng)度信息和布里淵相對(duì)頻移信息來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖溫度和應(yīng)變的同時(shí)測(cè)量，由于布里淵散射具有空間分辨率高、傳感距離長(zhǎng)、測(cè)量精度高等優(yōu)點(diǎn)，其在大型基礎(chǔ)工程設(shè)施如橋梁、隧道、大壩、電力通信網(wǎng)絡(luò)、油氣管道等的安全監(jiān)測(cè)和故障預(yù)警與評(píng)估中顯示出十分誘人的應(yīng)用前景。

但是，由于布里淵散射光其光強(qiáng)十分微弱，難以檢測(cè)，使得BOTDR具有較大的局限性，例如，其可測(cè)量距離較短，分辨率不高等缺點(diǎn)，為了提高其測(cè)量范圍，諸多科學(xué)家開(kāi)始采取使用單光子探測(cè)器的測(cè)量方案，但是，當(dāng)前的單光子探測(cè)器基本只能工作在同一頻率下，而且當(dāng)前的BOTDR系統(tǒng)具有如下的特性如果提高了測(cè)量精度，測(cè)量距離就會(huì)變短，相反如果想要增加測(cè)量距離，必須以降低精度作為代價(jià)；這樣完全限制了整個(gè)系統(tǒng)的性能，如何采取措施，突破這種限制，進(jìn)一步提升BOTDR的測(cè)量距離、分辨率等參數(shù)，成為一大難題，因此，需要進(jìn)一步改進(jìn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題克服現(xiàn)有的缺陷，提供一種基于近紅外單光子探測(cè)器的BOTDR測(cè)量系統(tǒng)，該測(cè)量系統(tǒng)利用單光子探測(cè)器與F-P掃描系統(tǒng)相結(jié)合，并采用光脈沖信號(hào)、F-P掃描干涉驅(qū)動(dòng)信號(hào)與SPD觸發(fā)信號(hào)，這三信號(hào)同步執(zhí)行的解決方案，通過(guò)調(diào)節(jié)激光脈沖的頻率與脈寬，實(shí)現(xiàn)測(cè)量光纖距離與脈沖周期的對(duì)應(yīng)，使其同時(shí)滿足近、中、遠(yuǎn)程光纖長(zhǎng)度測(cè)量的需求，除此之外，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互功能，并可以因地制宜調(diào)整系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)，例如調(diào)制光脈沖的重復(fù)頻率、調(diào)制脈寬、F-P的掃描周期等等，使整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)人工智能功能化，現(xiàn)代化，可以有效解決背景技術(shù)中的問(wèn)題。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了如下的技術(shù)方案：

一種基于近紅外單光子探測(cè)器的BOTDR測(cè)量系統(tǒng)，包括系統(tǒng)核心控制模塊，所述系統(tǒng)核心控制模塊包括計(jì)算機(jī)模塊與驅(qū)動(dòng)核心模塊，所述系統(tǒng)核心控制模塊一側(cè)電性連接脈沖激光發(fā)射模塊，所述脈沖激光發(fā)射模塊包括激光源產(chǎn)生模塊、隔離器模塊、聲光調(diào)制模塊與摻鉺光纖放大模塊，且依次電性連接，所述聲光調(diào)制模塊一側(cè)電性連接AOM驅(qū)動(dòng)模塊，所述系統(tǒng)核心控制模塊另一側(cè)電性連接探測(cè)模塊，所述探測(cè)模塊包括單光子探測(cè)器模塊、F-P電壓驅(qū)動(dòng)模塊與F-P掃描干涉儀模塊，且依次電性連接，所述摻鉺光纖放大模塊與所述F-P掃描干涉儀模塊均電性連接環(huán)形器模塊，所述環(huán)形器模塊一側(cè)電性連接傳感光線模塊。

作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述驅(qū)動(dòng)核心模塊與AOM驅(qū)動(dòng)模塊電性連接。

作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述計(jì)算機(jī)模塊與所述單光子探測(cè)器模塊電性連接。

作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述驅(qū)動(dòng)核心模塊分別與所述單光子探測(cè)器模塊、F-P電壓驅(qū)動(dòng)模塊電性連接。

作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述環(huán)形器模塊一側(cè)電性連接傳感光線模塊。

本實(shí)用新型有益效果：該測(cè)量系統(tǒng)利用單光子探測(cè)器與F-P掃描系統(tǒng)相結(jié)合，并采用光脈沖信號(hào)、F-P掃描干涉驅(qū)動(dòng)信號(hào)與SPD觸發(fā)信號(hào)，這三信號(hào)同步執(zhí)行的解決方案，通過(guò)調(diào)節(jié)激光脈沖的頻率與脈寬，實(shí)現(xiàn)測(cè)量光纖距離與脈沖周期的對(duì)應(yīng)，使其同時(shí)滿足近、中、遠(yuǎn)程光纖長(zhǎng)度測(cè)量的需求，除此之外，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互功能，并可以因地制宜調(diào)整系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)，例如調(diào)制光脈沖的重復(fù)頻率、調(diào)制脈寬、F-P的掃描周期等等，使整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)人工智能功能化，現(xiàn)代化，使其在當(dāng)前的光纖通信領(lǐng)域具有較大的應(yīng)用前景。

附圖說(shuō)明

附圖用來(lái)提供對(duì)本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說(shuō)明書的一部分，與本實(shí)用新型的實(shí)施例一起用于解釋本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的限制。

圖1是本實(shí)用新型一種基于近紅外單光子探測(cè)器的BOTDR測(cè)量系統(tǒng)模塊總圖。

圖中標(biāo)號(hào)：1、系統(tǒng)核心控制模塊；2、計(jì)算機(jī)模塊；3、驅(qū)動(dòng)核心模塊；4、脈沖激光發(fā)射模塊；5、激光源產(chǎn)生模塊；6、隔離器模塊；7、聲光調(diào)制模塊；8、摻鉺光纖放大模塊；9、AOM驅(qū)動(dòng)模塊；10、探測(cè)模塊；11、單光子探測(cè)器模塊；12、F-P電壓驅(qū)動(dòng)模塊；13、F-P掃描干涉儀模塊；14、環(huán)形器模塊；15、傳感光線模塊。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實(shí)施例僅用于說(shuō)明和解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。

如圖1所示，一種基于近紅外單光子探測(cè)器的BOTDR測(cè)量系統(tǒng)，包括系統(tǒng)核心控制模塊1，系統(tǒng)核心控制模塊1包括計(jì)算機(jī)模塊2與驅(qū)動(dòng)核心模塊3，系統(tǒng)核心控制模塊1一側(cè)電性連接脈沖激光發(fā)射模塊4，脈沖激光發(fā)射模塊4包括激光源產(chǎn)生模塊5、隔離器模塊6、聲光調(diào)制模塊7與摻鉺光纖放大模塊8，且依次電性連接，聲光調(diào)制模塊7一側(cè)電性連接AOM驅(qū)動(dòng)模塊9，系統(tǒng)核心控制模塊1另一側(cè)電性連接探測(cè)模塊10，探測(cè)模塊10包括單光子探測(cè)器模塊11、F-P電壓驅(qū)動(dòng)模塊12與F-P掃描干涉儀模塊13，且依次電性連接，摻鉺光纖放大模塊8與F-P掃描干涉儀模塊13均電性連接環(huán)形器模塊14。

驅(qū)動(dòng)核心模塊3與AOM驅(qū)動(dòng)模塊9電性連接，用AOM進(jìn)行調(diào)制使其變成脈沖光，計(jì)算機(jī)模塊2與單光子探測(cè)器模塊11電性連接，通過(guò)計(jì)算機(jī)模塊2實(shí)現(xiàn)人工智能功能化，現(xiàn)代化驅(qū)動(dòng)核心模塊3分別與單光子探測(cè)器模塊11、F-P電壓驅(qū)動(dòng)模塊12電性連接，環(huán)形器模塊14一側(cè)電性連接傳感光線模塊15。

具體的，首先利用核心驅(qū)動(dòng)模塊產(chǎn)生兩路電信號(hào)，并通過(guò)控制激光脈沖的頻率與脈寬，實(shí)現(xiàn)測(cè)量光纖距離與脈沖周期的對(duì)應(yīng)，然后調(diào)節(jié)系統(tǒng)延時(shí)實(shí)現(xiàn)同時(shí)單光子探測(cè)器（SPD）觸發(fā)信號(hào)與激光脈沖信號(hào)同步；接著根據(jù)探測(cè)器的累計(jì)測(cè)量時(shí)間，需要的系統(tǒng)分辨率產(chǎn)生相應(yīng)的F-P掃描電壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)，這樣便實(shí)現(xiàn)了根據(jù)需要調(diào)整系統(tǒng)的空間分辨率、測(cè)量時(shí)間、測(cè)量范圍使得整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到最佳性能的目的。

BOTDR系統(tǒng)的基本流程:首先，根據(jù)測(cè)量需求設(shè)定核心控制模塊的各項(xiàng)參數(shù)，包括激光脈沖的頻率、脈寬、F-P掃描驅(qū)動(dòng)的電壓范圍，掃描時(shí)間等參數(shù)，尤其是調(diào)節(jié)核心驅(qū)動(dòng)模塊的延時(shí)，進(jìn)行SPD觸發(fā)信號(hào)與返回光信號(hào)對(duì)齊；然后啟動(dòng)1550nm激光光源產(chǎn)生連續(xù)激光，經(jīng)過(guò)隔離器后用AOM進(jìn)行調(diào)制使其變成脈沖光，然后調(diào)制后的激光可以送到EDFA進(jìn)行放大（以情況而定，多用于長(zhǎng)距離檢測(cè)），放大后的脈沖激光通過(guò)環(huán)形器后耦合進(jìn)傳感光纖；特定位置點(diǎn)的后向散射光通過(guò)環(huán)形器的另一端進(jìn)入F-P掃描干涉儀中，這樣后向散射光的頻譜被分離開(kāi)來(lái)；然后由SPD對(duì)F-P腔射出的光進(jìn)行檢測(cè)，其產(chǎn)生的雪崩信號(hào)經(jīng)過(guò)相應(yīng)的放大、整型、模數(shù)等處理后，通過(guò)串口總線送入核心控制模塊進(jìn)行保存。

以上為本實(shí)用新型較佳的實(shí)施方式，本實(shí)用新型所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員還能夠?qū)ι鲜鰧?shí)施方式進(jìn)行變更和修改，因此，本實(shí)用新型并不局限于上述的具體實(shí)施方式，凡是本領(lǐng)域技術(shù)人員在本實(shí)用新型的基礎(chǔ)上所作的任何顯而易見(jiàn)的改進(jìn)、替換或變型均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。