專利名稱：應(yīng)用副載波技術(shù)提高分布式傳感系統(tǒng)性能的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬光纖傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用副載波技術(shù)提高分布式傳感系統(tǒng)性能的方法，所述分布式傳感系統(tǒng)指的是基于光時域反射計的分布式傳感系統(tǒng)，具體是偏振態(tài)光時域法(POTOR)/布里淵光時域反射法(BOTDR)/相干相位光時域反射法(φ-OTDR)分布式傳感系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
光時域反射計(OTDR)是目前光纖、光纜生產(chǎn)與線路維護(hù)的最主要技術(shù)，具有遠(yuǎn)程檢測與定位監(jiān)測光纖傳輸損耗、連接損耗、斷點與斷裂的能力。POTDR/BOTDR/φ-OTDR是基于OTDR技術(shù)的分布式光纖傳感系統(tǒng)。POTDR對光纜微擾極為敏感，測量距離可大于100km，空間分辨率小于100m，目前該技術(shù)已用于PMD測量和分布式應(yīng)力測量；布量淵分布式測量技術(shù)由于具有可同時測量溫度和應(yīng)變、可長距離分布式測量、空間分辨率高、應(yīng)變測量精度較高等優(yōu)點被認(rèn)為是最有發(fā)展前途的光纖分布式傳感技術(shù)，BOTDR目前已有測量距離100km、空間分辨率小于20m、應(yīng)變精度35με、應(yīng)變分辨率10με、重復(fù)率85με、的結(jié)果報道；最近報導(dǎo)的φ-OTDR技術(shù)可望能獲得比POTDR更高的微擾探測靈敏度，成為另一種有效的分布式傳感技術(shù)。POTDR/BOTDR/Φ-OTDR不僅可以監(jiān)測事件發(fā)生，而且能準(zhǔn)確定位目標(biāo)，這種類型的傳感器還具有高敏感性、隱蔽性等特點。POTDR/BOTDR/φ-OTDR系統(tǒng)可以用于軍事基地、國際航標(biāo)、監(jiān)獄、核設(shè)施等敏感區(qū)域的圍欄防護(hù)。
然而這些系統(tǒng)隨著對空間分辨率和測量距離要求的進(jìn)一步提高，其光脈沖寬度將會變得越來越窄，信號的占空比隨之也越來越小，從而導(dǎo)致信噪比急劇下降，也就是說在發(fā)送一個脈沖的周期內(nèi)，沒有脈沖的時間間隙中光的總能量相對脈沖本身能量很大，其結(jié)果就將嚴(yán)重影響系統(tǒng)的信噪比，從而使傳感性能受到嚴(yán)重限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種應(yīng)用副載波技術(shù)提高POTDR/BOTDR/-OTDR分布式傳感系統(tǒng)性能的方法，該方法可消除非理想消光比對系統(tǒng)性能的影響，有效地提高系統(tǒng)的信噪比。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括如下步驟(1)將入射光脈沖調(diào)制到載頻上；(2)采用相干探測將背向瑞利散射光或布里淵散射光信號轉(zhuǎn)換為電信號；(3)采用帶通濾波技術(shù)濾除上述電信號中由非理想消光比產(chǎn)生的位于基帶位置的噪聲；(4)采用下變頻技術(shù)將上述電信號變頻到基帶上，以便進(jìn)行后續(xù)處理。
本發(fā)明方法等效地提高了光脈沖信號的消光比和信噪比，解決了非理想消光比對系統(tǒng)性能的影響，較大地提高了系統(tǒng)的傳感性能，具有重要的實用價值。


圖1為使用發(fā)明方法的φ-OTDR傳感系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為圖1所示傳感系統(tǒng)的實驗結(jié)果。
圖3為未使用本發(fā)明方法的φ-OTDR傳感系統(tǒng)的實驗結(jié)果。
圖1中1-激光器 2-x∶y耦合器 3-電光調(diào)制器4、12-信號發(fā)生電路 5-摻鉺光纖放大器 6-環(huán)行器 7-傳感光纖 8-p∶q耦合器9-探測器 10-帶通濾波器 11-混頻器 13-低通濾波器具體實施方案如圖1所示，應(yīng)用本發(fā)明方法的φ-OTDR傳感系統(tǒng)包括窄線寬激光器1、9∶1耦合器2、電光調(diào)制器3、信號發(fā)生電路4、12、摻鉺光纖放大器5、環(huán)行器6、傳感光纖7、1∶1耦合器8、探測器9、中心頻率為1GHZ的帶通濾波器、混頻器11和截止頻率為50MHZ的低通濾波器。激光器1發(fā)出的連續(xù)激光經(jīng)9∶1耦合器分成兩部分，信號發(fā)生電路4產(chǎn)生的是載頻為1GHZ的光脈沖，90％的連續(xù)激光經(jīng)電光調(diào)制器3輸出載頻光脈沖，載頻光脈沖功率經(jīng)摻鉺光纖放大器5放大后進(jìn)入環(huán)行器6的端口1，從端口2出來后進(jìn)入傳感光纖7。背向瑞利散射光或布里淵散射光進(jìn)入環(huán)行器6的端口2，從環(huán)行器6的端口3出來后進(jìn)入1∶1耦合器8，該耦合器的另外一個輸入端為窄線寬激光器1發(fā)出的連續(xù)激光的10％部分，它同背向瑞利散射光/布里淵散射光同時到達(dá)探測器9進(jìn)行相干探測得到電信號，電信號經(jīng)中心頻率為1GHZ的帶通濾波器10濾除噪聲，經(jīng)混頻器11(信號發(fā)生電路12產(chǎn)生1GHZ的本振信號)和截止頻率為50MHZ的低通濾濾器13得到基帶信號，再進(jìn)行后續(xù)處理，后續(xù)處理步驟與系統(tǒng)未使用本發(fā)明方法時的處理步驟相同。
圖3是使用了本發(fā)明方法、脈沖寬度為10μs，傳感光纖長度為25km的φ-OTDR傳感系統(tǒng)的實驗結(jié)果，從圖中可看出系統(tǒng)的動態(tài)范圍為19.13dB。圖4為未使用本發(fā)明方法、脈沖寬度為10μs，傳感光纖長度為25km的φ-OTDR傳感系統(tǒng)的實驗結(jié)果，從圖中可看出，系統(tǒng)的動態(tài)范圍為8dB。從圖3、圖4的比較可知，采用本發(fā)明方法可將系統(tǒng)的動態(tài)范圍提高約11dB。
通過本實施例可以看出，由于非理想消光比產(chǎn)生的噪聲位于基帶上，而信號位于載頻上，因此通過濾波可以濾除這種噪聲的影響。
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用副載波技術(shù)提高分布式傳感系統(tǒng)性能的方法，該傳感系統(tǒng)是基于光時域反射計的分布式傳感系統(tǒng)，其特征在于該方法包括如下步驟(1)將入射光脈沖調(diào)制到載頻上；(2)采用相干探測將背向瑞利散射光或布里淵散射光信號轉(zhuǎn)換為電信號；(3)采用帶通濾波技術(shù)濾除上述電信號中由非理想消光比產(chǎn)生的位于基帶位置的噪聲；(4)采用下變頻技術(shù)將上述電信號變頻到基帶上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種應(yīng)用副載波技術(shù)提高分布式傳感系統(tǒng)性能的方法，該方法是將脈沖信號調(diào)制到一個載頻上，在接收端信號主要位于載波頻帶上，而非理想消光比產(chǎn)生的噪聲主要位于基帶上，再采用帶通濾波技術(shù)濾掉噪聲，最后將信號下變頻到基帶上進(jìn)行處理。本發(fā)明方法可解決非理想消光比對系統(tǒng)傳感性能的影響，有效地提高系統(tǒng)的信噪比。
文檔編號H04B10/12GK101034035SQ20071004837
公開日2007年9月12日 申請日期2007年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月1日
發(fā)明者饒云江, 冉曾令, 謝孔利 申請人:電子科技大學(xué)