一種基于SOA調(diào)制光脈沖的BOTDR分布式傳感系統(tǒng)技術(shù)方案

本實用新型專利技術(shù)涉及BOTDR分布式傳感系統(tǒng)，具體是一種基于SOA調(diào)制光脈沖的BOTDR分布式傳感系統(tǒng)。本實用新型專利技術(shù)解決了現(xiàn)有BOTDR分布式傳感系統(tǒng)容易發(fā)生連續(xù)光泄漏、空間分辨率受限的問題。一種基于SOA調(diào)制光脈沖的BOTDR分布式傳感系統(tǒng)，包括窄線寬激光器、1×2光纖耦合器、量子點SOA、FPGA脈沖發(fā)生裝置、高速電流驅(qū)動器、脈沖放大器、第一自發(fā)輻射噪聲濾波器、光環(huán)形器、摻鉺光纖放大器、第二自發(fā)輻射噪聲濾波器、擾偏器、2×1光纖耦合器、光電探測器、信號采集和處理裝置；其中，窄線寬激光器的出射端與1×2光纖耦合器的入射端連接；1×2光纖耦合器的第一個出射端與量子點SOA的入射端連接。本實用新型專利技術(shù)適用于大型建筑結(jié)構(gòu)健康的監(jiān)測中。

A BOTDR distributed sensing system based on SOA modulated optical pulse

The utility model relates to a BOTDR distributed sensing system, in particular to a BOTDR distributed sensing system based on a SOA modulated optical pulse. The utility model solves the problem that the existing BOTDR distributed sensing system is prone to continuous light leakage and the spatial resolution is limited. Based on the SOA modulation pulse BOTDR distributed sensing system, including narrow linewidth lasers and 1 * 2 optical fiber coupler, SOA quantum dots, FPGA pulse generator, current driver, high speed, the first pulse amplifier spontaneous emission noise filter, optical circulator, erbium-doped fiber amplifier, second ASE noise filter, scrambler and 2 * 1 optical fiber coupler, photoelectric detector, signal acquisition and processing device; wherein, the output end of narrow linewidth laser with 1 * 2 optical fiber coupler incident end connection; 1 the first incident end and a quantum dot SOA * 2 optical fiber coupler is connected. The utility model is suitable for the health monitoring of large building structures.

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本技術(shù)涉及BOTDR分布式傳感系統(tǒng)，具體是一種基于SOA調(diào)制光脈沖的BOTDR分布式傳感系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
BOTDR分布式傳感系統(tǒng)不僅具有損耗低、耐腐蝕、抗電磁干擾能力強、易于工程鋪設(shè)等光纖傳感特有的特性，還可以實現(xiàn)溫度和應(yīng)變的同時測量，且具有結(jié)構(gòu)簡單、單端接入、可檢測斷點以及可實現(xiàn)長距離高精度測量等優(yōu)越性能，因此被廣泛應(yīng)用于大型建筑結(jié)構(gòu)健康的監(jiān)測中。現(xiàn)有BOTDR分布式傳感系統(tǒng)的工作原理為：窄線寬激光器發(fā)出頻率為ν0的連續(xù)光，連續(xù)光經(jīng)光纖耦合器分為探測連續(xù)光和參考連續(xù)光，探測連續(xù)光經(jīng)EOM（電光調(diào)制器）或AOM（聲光調(diào)制器）調(diào)制生成探測脈沖光，探測脈沖光在待測光纖中產(chǎn)生頻率為ν0±νB的自發(fā)布里淵散射信號，自發(fā)布里淵散射信號與參考連續(xù)光進行拍頻獲得待測光纖的布里淵頻移νB，后經(jīng)過數(shù)據(jù)處理獲得待測光纖不同位置處的布里淵頻譜信息，通過布里淵頻移、功率與應(yīng)變、溫度的關(guān)系獲得光纖沿線溫度和應(yīng)變的分布情況。然而，現(xiàn)有BOTDR分布式傳感系統(tǒng)由于采用EOM或AOM進行探測脈沖光的調(diào)制，導(dǎo)致其存在如下問題：其一，EOM的偏壓點難以長時間穩(wěn)定，導(dǎo)致其調(diào)制生成的探測脈沖光存在消光比較低的問題，由此導(dǎo)致BOTDR分布式傳感系統(tǒng)容易發(fā)生連續(xù)光泄漏。其二，AOM的調(diào)制速率較低，導(dǎo)致其無法調(diào)制生成脈寬為10ns的探測脈沖光，由此導(dǎo)致BOTDR分布式傳感系統(tǒng)的空間分辨率受限。基于此，有必要專利技術(shù)一種全新的BOTDR分布式傳感系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有BOTDR分布式傳感系統(tǒng)容易發(fā)生連續(xù)光泄漏、空間分辨率受限的問題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本技術(shù)為了解決現(xiàn)有BOTDR分布式傳感系統(tǒng)容易發(fā)生連續(xù)光泄漏、空間分辨率受限的問題，提供了一種基于SOA調(diào)制光脈沖的BOTDR分布式傳感系統(tǒng)。本技術(shù)是采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)的：一種基于SOA調(diào)制光脈沖的BOTDR分布式傳感系統(tǒng)，包括窄線寬激光器、1×2光纖耦合器、量子點SOA、FPGA脈沖發(fā)生裝置、高速電流驅(qū)動器、脈沖放大器、第一自發(fā)輻射噪聲濾波器、光環(huán)形器、摻鉺光纖放大器、第二自發(fā)輻射噪聲濾波器、擾偏器、2×1光纖耦合器、光電探測器、信號采集和處理裝置；其中，窄線寬激光器的出射端與1×2光纖耦合器的入射端連接；1×2光纖耦合器的第一個出射端與量子點SOA的入射端連接；量子點SOA的出射端與脈沖放大器的入射端連接；脈沖放大器的出射端與第一自發(fā)輻射噪聲濾波器的入射端連接；第一自發(fā)輻射噪聲濾波器的出射端與光環(huán)形器的入射端連接；光環(huán)形器的出射端與摻鉺光纖放大器的入射端連接；摻鉺光纖放大器的出射端與第二自發(fā)輻射噪聲濾波器的入射端連接；第二自發(fā)輻射噪聲濾波器的出射端與2×1光纖耦合器的第一個入射端連接；1×2光纖耦合器的第二個出射端與擾偏器的入射端連接；擾偏器的出射端與2×1光纖耦合器的第二個入射端連接；2×1光纖耦合器的出射端與光電探測器的入射端連接；光電探測器的信號輸出端與信號采集和處理裝置的信號輸入端連接；FPGA脈沖發(fā)生裝置的信號輸出端與高速電流驅(qū)動器的信號輸入端連接；高速電流驅(qū)動器的信號輸出端與量子點SOA的信號輸入端連接。工作時，待測光纖的一端與光環(huán)形器的反射端連接，如圖1所示。具體工作過程如下：窄線寬激光器發(fā)出連續(xù)光，連續(xù)光經(jīng)1×2光纖耦合器分為探測連續(xù)光和參考連續(xù)光。探測連續(xù)光經(jīng)量子點SOA調(diào)制生成探測脈沖光，探測脈沖光依次經(jīng)脈沖放大器、第一自發(fā)輻射噪聲濾波器進行放大、濾波（濾除放大的自發(fā)輻射噪聲）后進入光環(huán)形器，并經(jīng)光環(huán)形器進入待測光纖，由此使得待測光纖中產(chǎn)生后向散射光。后向散射光經(jīng)光環(huán)形器進入摻鉺光纖放大器，并依次經(jīng)摻鉺光纖放大器、第二自發(fā)輻射噪聲濾波器進行放大、濾波（濾除放大的自發(fā)輻射噪聲）后進入2×1光纖耦合器。參考連續(xù)光經(jīng)擾偏器進行擾偏后進入2×1光纖耦合器。后向散射光和參考連續(xù)光在2×1光纖耦合器中進行拍頻，由此產(chǎn)生拍頻信號。拍頻信號經(jīng)光電探測器轉(zhuǎn)換為電信號，電信號經(jīng)信號采集和處理裝置進行采集、處理和分析，由此得出待測光纖的溫度和應(yīng)變信息。在上述過程中，探測連續(xù)光經(jīng)量子點SOA調(diào)制生成探測脈沖光的原理如下：啟動FPGA脈沖發(fā)生裝置，F(xiàn)PGA脈沖發(fā)生裝置輸出高低電平信號，高低電平信號進入高速電流驅(qū)動器。當(dāng)FPGA脈沖發(fā)生裝置輸出高電平信號時，高速電流驅(qū)動器被觸發(fā)并產(chǎn)生泵浦電流，泵浦電流注入量子點SOA，使得量子點SOA輸出放大的光信號（量子點SOA中的激活介質(zhì)吸收注入的泵浦電流后，位于源極的載流子數(shù)從低能級躍遷至高能級，產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，輸入量子點SOA的探測連續(xù)光通過受激輻射激活這些電子，使其躍遷到較低的能級，由此產(chǎn)生放大的光信號）。當(dāng)FPGA脈沖發(fā)生裝置輸出低電平信號時，高速電流驅(qū)動器不產(chǎn)生泵浦電流，量子點SOA不輸出光信號（量子點SOA無泵浦電流注入，輸入量子點SOA的探測連續(xù)光因半導(dǎo)體中沒有達到載流子數(shù)反轉(zhuǎn)而被量子點SOA源區(qū)材料吸收，由此不能輸出光信號）。如此反復(fù)，量子點SOA輸出的光信號即為探測脈沖光。在此過程中，通過調(diào)節(jié)FPGA脈沖發(fā)生裝置輸出的高低電平信號的脈寬和重復(fù)頻率，即可調(diào)節(jié)量子點SOA輸出的探測脈沖光的脈寬和重復(fù)頻率。基于上述過程，本技術(shù)所述的一種基于SOA調(diào)制光脈沖的BOTDR分布式傳感系統(tǒng)通過采用全新結(jié)構(gòu)，具備了如下優(yōu)點：其一，與EOM相比，本技術(shù)采用的量子點SOA不存在偏壓點難以穩(wěn)定的問題，并且具有高材料增益、噪聲指數(shù)低的特點，因此其調(diào)制生成的探測脈沖光具有消光比高的特點，由此有效避免了系統(tǒng)發(fā)生連續(xù)光泄漏。其二，與AOM相比，本技術(shù)采用的量子點SOA不僅具有調(diào)制速率高的特點，而且具有增益恢復(fù)時間超快的特點，因此其能夠調(diào)制生成脈寬為10ns的探測脈沖光，由此使得系統(tǒng)的空間分辨率不再受限。其三，本技術(shù)采用的量子點SOA還具有線寬加強因子極低、高飽和輸出功率、低溫度靈敏性、體積小等特點。其線寬加強因子極低的特點不僅有利于減小量子點SOA在光放大和響應(yīng)中出現(xiàn)的信號畸變，還有助于減小探測脈沖光的上升沿與下降沿時間，由此保證了探測脈沖光的質(zhì)量。其高飽和輸出功率的特點保證了量子點SOA具有良好的線性增益，由此避免了非線性效應(yīng)的發(fā)生。其低溫度靈敏性的特點有利于實現(xiàn)高精度的溫度控制。其體積小的特點使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、功耗小、便于集成。其四，本技術(shù)能夠同時輸出探測脈沖光和參考連續(xù)光，且二者為同源光（二者具有相同的頻率、線寬、中心波長等光學(xué)性質(zhì)），二者的同源性保證了系統(tǒng)中的后向散射光與參考連續(xù)光拍頻時，兩束光的頻差為布里淵頻移，由此有利于信號的提取。本技術(shù)有效解決了現(xiàn)有BOTDR分布式傳感系統(tǒng)容易發(fā)生連續(xù)光泄漏、空間分辨率受限的問題，適用于大型建筑結(jié)構(gòu)健康的監(jiān)測中。附圖說明圖1是本技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中：1-窄線寬激光器，2-1×2光纖耦合器，3-量子點SOA，4-FPGA脈沖發(fā)生裝置，5-高速電流驅(qū)動器，6-脈沖放大器，7-第一自發(fā)輻射噪聲濾波器，8-光環(huán)形器，9-摻鉺光纖放大器，10-第二自發(fā)輻射噪聲濾波器，11-擾偏器，12-2×1光纖耦合器，13-光電探測器，14-信號采集和處理裝置，15-待測光纖。具體實施方式一種基于SOA調(diào)制光脈沖的BOTDR分布式傳感系統(tǒng)，包括窄線寬激光器1、1×2光纖耦合器2、量子點SOA3、FPGA脈沖發(fā)生裝本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種基于SOA調(diào)制光脈沖的BOTDR分布式傳感系統(tǒng)，其特征在于：包括窄線寬激光器（1）、1×2光纖耦合器（2）、量子點SOA（3）、FPGA脈沖發(fā)生裝置（4）、高速電流驅(qū)動器（5）、脈沖放大器（6）、第一自發(fā)輻射噪聲濾波器（7）、光環(huán)形器（8）、摻鉺光纖放大器（9）、第二自發(fā)輻射噪聲濾波器（10）、擾偏器（11）、2×1光纖耦合器（12）、光電探測器（13）、信號采集和處理裝置（14）；其中，窄線寬激光器（1）的出射端與1×2光纖耦合器（2）的入射端連接；1×2光纖耦合器（2）的第一個出射端與量子點SOA（3）的入射端連接；量子點SOA（3）的出射端與脈沖放大器（6）的入射端連接；脈沖放大器（6）的出射端與第一自發(fā)輻射噪聲濾波器（7）的入射端連接；第一自發(fā)輻射噪聲濾波器（7）的出射端與光環(huán)形器（8）的入射端連接；光環(huán)形器（8）的出射端與摻鉺光纖放大器（9）的入射端連接；摻鉺光纖放大器（9）的出射端與第二自發(fā)輻射噪聲濾波器（10）的入射端連接；第二自發(fā)輻射噪聲濾波器（10）的出射端與2×1光纖耦合器（12）的第一個入射端連接；1×2光纖耦合器（2）的第二個出射端與擾偏器（11）的入射端連接；擾偏器（11）的出射端與2×1光纖耦合器（12）的第二個入射端連接；2×1光纖耦合器（12）的出射端與光電探測器（13）的入射端連接；光電探測器（13）的信號輸出端與信號采集和處理裝置（14）的信號輸入端連接；FPGA脈沖發(fā)生裝置（4）的信號輸出端與高速電流驅(qū)動器（5）的信號輸入端連接；高速電流驅(qū)動器（5）的信號輸出端與量子點SOA（3）的信號輸入端連接。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于SOA調(diào)制光脈沖的BOTDR分布式傳感系統(tǒng)，其特征在于：包括窄線寬激光器（1）、1×2光纖耦合器（2）、量子點SOA（3）、FPGA脈沖發(fā)生裝置（4）、高速電流驅(qū)動器（5）、脈沖放大器（6）、第一自發(fā)輻射噪聲濾波器（7）、光環(huán)形器（8）、摻鉺光纖放大器（9）、第二自發(fā)輻射噪聲濾波器（10）、擾偏器（11）、2×1光纖耦合器（12）、光電探測器（13）、信號采集和處理裝置（14）；其中，窄線寬激光器（1）的出射端與1×2光纖耦合器（2）的入射端連接；1×2光纖耦合器（2）的第一個出射端與量子點SOA（3）的入射端連接；量子點SOA（3）的出射端與脈沖放大器（6）的入射端連接；脈沖放大器（6）的出射端與第一自發(fā)輻射噪聲濾波器（7）的入射端連接；第一自發(fā)輻射噪聲濾波器（7）的出射端與光環(huán)形器（8）的入射端連接；光環(huán)形器（8）的出射端與摻鉺光纖放大器（9）的入射端連接；摻鉺光纖放大器（9）的出射端與第二自發(fā)輻射噪聲濾波器（10）的入射端連接；第二自發(fā)輻射噪聲濾波器（10）的出射端與2×1光纖耦合器（12）的第一個入射端連接；1×2光纖耦合器（2）的第二個出射端與擾偏器（11）的入射端連接；擾偏器（11）的出射端與2×1光纖耦合器（12）的第二個入射端連接；2×1光纖耦合器（12）的出射端與光電探測器（13）的入射端連接；光電探測器（13）的信號輸出端與信號采集和處理裝置（14）的信號輸入端連接；FPGA脈沖發(fā)生裝置（4）的信號輸出端與高速電流驅(qū)動器（5）的信號輸入端連接；高速電流驅(qū)動器（5）的信號輸出端與量子點SOA（3）的信號輸入端連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于SOA調(diào)制光脈沖的BOTDR分布式傳感系統(tǒng)，其特征在于：窄線寬激光器（...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張明江，劉瑞霞，劉毅，張建忠，白清，李哲哲，靳寶全，王云才，
申請(專利權(quán))人：太原理工大學(xué)，
類型：新型
國別省市：山西;14