一種高空間分辨率布里淵光時(shí)域反射儀及工作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明設(shè)及一種高空間分辨率布里淵光時(shí)域反射儀及工作方法。
【背景技術(shù)】
[0002] B0TDR依靠測(cè)量光纖的后向布里淵散射光的布里淵頻移分布計(jì)算光纖的應(yīng)變分 布。布里淵光時(shí)域反射計(jì)可用于巖±工程健康監(jiān)測(cè)、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警監(jiān)測(cè)、電纜及管道的健康 監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域，是工程領(lǐng)域用于取代傳統(tǒng)點(diǎn)式傳感器的最有力的產(chǎn)品之一。目前的B0TDR產(chǎn)品 的探測(cè)光脈沖只能短至10ns(對(duì)應(yīng)空間分辨率為Im)，在實(shí)際應(yīng)用中，有許多情況需要測(cè)量 幾厘米、幾十厘米作用距離上的應(yīng)變變化，現(xiàn)有B0TDR產(chǎn)品由于空間分辨率的限制，難W滿 足高空間分辨率的應(yīng)用要求，大大影響了B0TDR產(chǎn)品的推廣及應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高空間分辨率布里淵光時(shí) 域反射儀及工作方法，提升布里淵光時(shí)域反射儀的空間分辨率，并擴(kuò)大了其應(yīng)用領(lǐng)域。
[0004] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：
[000引一種高空間分辨率布里淵光時(shí)域反射儀，包括:LD激光器、第一光禪合器、差分探 測(cè)光脈沖調(diào)制模塊、m)FA和第二光禪合器依次串聯(lián)連接，所述第一光禪合器和第二禪合器 的輸出分別與光外差模塊連接，所述光外差模塊與APD、放大器、混頻器、LPF、A/D轉(zhuǎn)換器和 數(shù)字信號(hào)處理模塊依次串聯(lián)連接。
[0006] -種高空間分辨率布里淵光時(shí)域反射儀的工作方法，包括:LD激光器發(fā)出的連續(xù) 相干光經(jīng)過第一光禪合器后分成兩路，其中一路作為參考光，另一路作為探測(cè)光，由差分探 測(cè)光脈沖調(diào)制模塊進(jìn)行脈沖調(diào)制，經(jīng)抓FA光放大后，由第二禪合器注入被測(cè)光纖，被測(cè)光纖 中返回的散射光與參考光進(jìn)行光外差后，其拍頻光信號(hào)由ATO直接接收，轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；
[0007] 所述電信號(hào)經(jīng)寬帶高速低噪聲前置放大器放大，經(jīng)隔直濾除直流部分后輸入到微 波混頻器，與微波信號(hào)發(fā)生器輸出的高純可調(diào)諧微波信號(hào)混頻，其差頻信號(hào)經(jīng)LPF濾波后由 高速A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)變成數(shù)字信號(hào)，最后由數(shù)字信號(hào)處理模塊進(jìn)行處理。
[0008] 所述差分探測(cè)光脈沖調(diào)制模塊進(jìn)行脈沖調(diào)制的具體方法為：
[0009] 步驟(1):讀取空間分辨率SR設(shè)置值；
[0010] 步驟(2):通過空間分辨率與等效脈沖寬度P關(guān)系表計(jì)算空間分辨率設(shè)置值對(duì)應(yīng)的 等效脈沖寬度P;
[0011] 步驟(3):根據(jù)等效脈沖寬度P計(jì)算差分探測(cè)光脈沖POi和P〇2;
[0012] 步驟(4):設(shè)置量程值LW及脈沖調(diào)制重復(fù)次數(shù)no;
[001引步驟(5):根據(jù)計(jì)算的差分探現(xiàn)恍脈沖POi和PO2W及量程值L計(jì)算所需調(diào)制的脈沖 光的重復(fù)頻率W及脈沖周期；
[0014] 步驟(6):初始化當(dāng)前脈沖調(diào)制次數(shù)n=l;
[0015] 步驟(7):按照計(jì)算的重復(fù)頻率W及脈沖周期進(jìn)行脈沖光的調(diào)制；
[0016] 步驟(8):脈沖調(diào)制次數(shù)+1;
[0017] 步驟(9):判斷脈沖調(diào)制次數(shù)η是否大于no,如果是，調(diào)制過程結(jié)束;否則，返回步驟 7繼續(xù)進(jìn)行脈沖調(diào)制。
[0018] 所述重復(fù)頻率的具體為:差分探測(cè)光脈沖P0i、P化W及設(shè)定倍數(shù)的量程值的和。
[0019] 數(shù)字信號(hào)處理模塊進(jìn)行處理的具體方法為：
[0020] 步驟1):系統(tǒng)初始化，設(shè)當(dāng)前頻率FM=初始頻率FMS;
[0021 ] 步驟2):設(shè)置本振頻率FMB=FM;
[0022] 步驟3):讀取A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)據(jù)DFMS[1~N]，其中，N為采樣周期與采樣間隔的 比值;其中，DFMS[ 1~N]表示當(dāng)前頻率為初始頻率FMS時(shí)各采樣點(diǎn)處的數(shù)據(jù)；
[0023] 步驟4):將DFMS[ 1~N]存至測(cè)試數(shù)據(jù)D[M] [ 1~N]，D[M] [ 1~N]表示存儲(chǔ)了頻率為Μ 的Ν個(gè)數(shù);其中，Μ為當(dāng)前頻率FM與初始頻率FMS的差值與頻率步進(jìn)FMI的比值；
[0024] 步驟5):令FM=FM+FMI;
[002引步驟6):若。1>截止頻率FME，則進(jìn)行下一步，否則轉(zhuǎn)至步驟2;
[0026] 步驟7):進(jìn)行時(shí)域數(shù)據(jù)重構(gòu)。
[0027] 所述步驟7)中，進(jìn)行時(shí)域重構(gòu)的方法為：
[002引 1)讀取D[匪][PN]及D[匪][PN巧1/s];其中，D[匪][PN]表示頻率為匪，位置為PN處 的數(shù)據(jù);D[MM][P化Tl/s]示頻率為MM，位置為P化Tl/s處的數(shù)據(jù)；
[0029] 其中，MM的取值范圍：0~mm，PN的取值范圍：1~nn;
[0030] 2)設(shè)置
其中LF為光纖長度;初始化MM=0，PN=1;
[0031 ] 3)則頻率為MM，位置為PN處的時(shí)域重構(gòu)后的數(shù)據(jù)：
[0032] DC[MM] [PN] =D[MM] [P化Tl/s]-D[MM] [PN];
[0033] 4)令MM數(shù)值+1;
[0034] 5)判斷MM是否大于mm，如果是，進(jìn)行下一步，否則轉(zhuǎn)至步驟3);
[003引 6)對(duì)DC[0][PN]~DC[mm][PN]進(jìn)行布里淵譜分析;令PN數(shù)值+1;M= 0;
[0036] 7)判斷PN是否大于nn，如果是，進(jìn)行下一步，否則轉(zhuǎn)至步驟3);
[0037] 8)結(jié)束。
[0038] 本發(fā)明的有益效果是：
[0039] 基于光纖中后向布里淵散射信號(hào)的疊加探測(cè)原理，不同脈寬T1和T2產(chǎn)生的后向布 里淵散射信號(hào)B1和B2,在微波外差轉(zhuǎn)化為布里淵增益譜數(shù)據(jù)GB1和GB2后，進(jìn)行時(shí)域同步差 分運(yùn)算，得到差分布里淵增益譜數(shù)據(jù)ΔGB，對(duì)ΔGB進(jìn)行濾波、降噪、擬合分析計(jì)算出光纖的 應(yīng)變數(shù)據(jù)S，此應(yīng)變數(shù)據(jù)S的空間分辨率與脈沖光寬度ΔΤ(ΔΤ=Τ1-Τ2)的探測(cè)光相當(dāng)，繞開 了探測(cè)光脈沖只能短至10ns的限制，可W將B0TDR的空間分辨率提升至20厘米W上。不僅提 升了B0TDR產(chǎn)品的空間分辨率，也擴(kuò)大了B0TDR產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0040] 圖1本發(fā)明高空間分辨率布里淵光時(shí)域反射儀的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0041 ]圖2為本發(fā)明差分探測(cè)光脈沖調(diào)制模塊程序流程示意圖；
[0042]圖3為調(diào)制脈沖光示意圖；
[0043] 圖4為信號(hào)處理程序流程示意圖；
[0044] 圖5為時(shí)域數(shù)據(jù)重構(gòu)流程示意圖。
[0045] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0046] 首先對(duì)文中出現(xiàn)的名詞作如下解釋：
[0047] EDFA:滲巧光纖放大器；
[0048] APD:雪崩光電二極管；
[0049] LPF:低通濾波器；
[0050] 如圖1所示，一種高空間分辨率布里淵光時(shí)域反射儀，包括:LD激光器、第一光禪合 器、差分探測(cè)光脈沖調(diào)制模塊、邸FA和第二光禪合器依次串聯(lián)連接，所述第一光禪合器和第 二禪合器的輸出分別與光外差模塊連接，所述光外差模塊與APD、放大器、混頻器、LPF、A/D 轉(zhuǎn)換器和數(shù)字信號(hào)處理模塊依次串聯(lián)連接。
[0051 ]高空間分辨率布里淵光時(shí)域反射儀的具體工作流程如下：
[0052] LD激光器發(fā)出的連續(xù)相干光經(jīng)過第一光禪合器后分成兩路，其中一路作為參考 光，另一路作為探測(cè)光，由差分探測(cè)光脈沖調(diào)制模塊進(jìn)行脈沖調(diào)制，經(jīng)抓FA光放大后，由第 二禪合器注入被測(cè)光纖，被測(cè)光纖中返回的散射光與參考光進(jìn)行光外差后，其拍頻光信號(hào) 由ATO直接接收，轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；
[0053] 所述電信號(hào)經(jīng)寬帶高速低噪聲前置放大器放大，經(jīng)隔直濾除直流部分后輸入到微 波混頻器，與微波信號(hào)發(fā)生器輸出的高純可調(diào)諧微波信號(hào)混頻，其差頻信號(hào)經(jīng)LPF濾波后由 高速A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)變成數(shù)字信號(hào)，最后由數(shù)字信號(hào)處理模塊進(jìn)行處理。
[0054] 其中，差分探測(cè)光脈沖調(diào)制模塊進(jìn)行脈沖調(diào)制的具體方法如圖2所示，具體為：
[0055] 步驟10301讀取空間分辨率SR設(shè)置值；
[0056] 步驟10302查找空間分辨率與等效脈沖寬度P的關(guān)系，見表1;
[0057] 步驟10303根據(jù)P值差表計(jì)算差分探測(cè)光脈沖POi和P〇2,見表2;
[0058] 步驟10304讀取量程設(shè)置值L，W及脈沖調(diào)制重復(fù)次數(shù)no;
[0059] 步驟10305計(jì)算所