(12)發(fā)明專利府路52號有限公司23219theF-OTDRsystembasedmodulatedopticalfrequencycom審查員路曉明一種基于相位調(diào)制光頻梳抑制相干衰落效一種基于相位調(diào)制光頻梳抑制相干衰落效通過在系統(tǒng)進行中相位調(diào)制產(chǎn)生頻率梳形式的21.一種基于相位調(diào)制光頻梳抑制相干衰落效應的Φ-OTDR系統(tǒng)，其特征在于：包括窄線寬激光器(1)、一號光纖耦合器(2)、相位調(diào)制器(3)、聲光調(diào)制器(4)、摻鉺光纖放大器(5)、窄線寬激光器(1)的光信號輸出端與一號光纖耦合器(2)的光信號輸入端連通，一號光纖耦合器(2)的兩個光信號輸出端分別同時與相位調(diào)制器(3)的光信號輸入端和偏振控制器(8)的輸入端連通，相位調(diào)制器(3)的光信號輸出端同時與聲光調(diào)制器(4)的光信號輸入端連通，聲光調(diào)制器(4)的光信號輸出端同時與摻鉺光纖放大器(5)的光信號輸入端連通，摻鉺光纖放大器(5)的光信號輸出端同時與環(huán)形器(6)的一號光信號端口(6-1)連通，環(huán)形器(6)的二號光信號端口(6-2)與傳感光纖(9)連通，二號光纖耦合器(10)的光信號輸入端同時與偏振控制器(8)的輸出端和環(huán)形器(6)的三號光信號端口(6-3)連通，二號光纖耦合器(10)的光信號輸出端同時與光電探測器(11)的光信號輸入端連通，光電探測器(11)的電信號輸出端同時與示波器(12)的電信號輸入端連通，示波器(12)同時與計算機(13)連通，任意波形發(fā)生器(7)的微波信號輸出端分別同時與相位調(diào)制器(3)的微波信號加載端、聲光調(diào)制器(4)的微波信號加載端和示波器(12)的觸發(fā)信號輸入端連通。2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于相位調(diào)制光頻梳抑制相干衰落效應的Φ-OTDR系統(tǒng)，其特征在于：所述窄線寬激光器(1)采用單頻窄線寬光纖激光器，輸出功率為10mW,波長為3.根據(jù)權利要求2所述的一種基于相位調(diào)制光頻梳抑制相干衰落效應的Φ-OTDR系統(tǒng)，其特征在于：所述一號光纖耦合器(2)的耦合比為90:10,二號光纖耦合器(10)的耦合比為4.根據(jù)權利要求2所述的一種基于相位調(diào)制光頻梳抑制相干衰落效應的Φ-OTDR系統(tǒng)，其特征在于：所述的相位調(diào)制器(3)的工作波長為1525nm-1605nm,調(diào)制帶寬為10GHz,半波電壓為7V。5.根據(jù)權利要求4所述的一種基于相位調(diào)制光頻梳抑制相干衰落效應的Φ-OTDR系統(tǒng)，其特征在于：所述聲光調(diào)制器(4)的移頻為-300MHz,消光比為50dB。6.根據(jù)權利要求5所述的一種基于相位調(diào)制光頻梳抑制相干衰落效應的Φ-OTDR系統(tǒng)，其特征在于：光電探測器(11)的探測帶寬為1GHz。7.一種權利要求1-6之一所述的一種基于相位調(diào)制光頻梳抑制相干衰落效應的Φ-窄線寬激光器(1)輸出的連續(xù)光通過一號光纖耦合器(2)分為上下兩個支路；上支路的連續(xù)光經(jīng)過相位調(diào)制器(3)調(diào)制產(chǎn)生頻率梳形式的連續(xù)光，并由聲光調(diào)制器(4)調(diào)制為脈沖光，同時產(chǎn)生一定大小的頻移，再經(jīng)摻鉺光纖放大器(5)進行光功率放大后經(jīng)過環(huán)形器(6)注入到傳感光纖(9)中；下支路的連續(xù)光作為本征光，由偏振控制器(8)進行偏振態(tài)調(diào)節(jié)后和傳感光纖(9)中由于介質(zhì)折射率分布不均勻而產(chǎn)生的后向瑞利散射光一同注入二號光纖耦合器(10)進行拍頻，并由光電探測器(11)進行探測，輸出的光電流由示波器(12)進行采集，獲得多頻后向瑞利散射光，計算機(13)用于數(shù)據(jù)處理，相位調(diào)制器(3)和聲光調(diào)制器(4)的驅(qū)動脈沖均由任意波形發(fā)生器(7)提供。8.根據(jù)權利要求7所述的一種基于相位調(diào)制光頻梳抑制相干衰落效應的Φ-0TDR系統(tǒng)3S1、對示波器12采集到的拍頻信號I(t),利用計算機13中的處理程序進行數(shù)字濾波處理，提取頻率為の;(i=1,2,3,…,n)的后向瑞利散射光信號；S2、對步驟S1中提取出來的多頻后向瑞利散射光信號分別進行解調(diào)，獲得強度信息A和S3、對于相位重構區(qū)間[a,b],分別求取各后向瑞利散射光信號在位置a和b處的信號強度最小值Amin_;(i=1,2,3,…,n),再求取最小值Amin;中的最大值，以及該最大值所對應的后向瑞利散射光信號在位置a和b之間的相位差⑨ab;相干衰落效應的抑制。9.根據(jù)權利要求7所述的一種基于相位調(diào)制光頻梳抑制相干衰落效應的Φ-0TDR系統(tǒng)及其工作方法，其特征在于：相位調(diào)制器(3)產(chǎn)生等幅光頻梳的方法為：對于任意一個基頻為f的周期調(diào)制信號m(t),對其作傅里葉級數(shù)展開，得到：則在m(t)的調(diào)制下產(chǎn)生頻率梳形式的連續(xù)光，其時域表達式E(t)為：4[0001]本發(fā)明屬于光學領域，具體涉及一種基于相位調(diào)制光頻梳抑制相干衰落效應的[0002]相位敏感光時域反射計(Phase-sensitiveOpticalTimeDomain強度極低，解調(diào)的相位信息容易失真，導致無法正[0003]1984年，P.人首次將相干衰落噪聲當成是一種有用信號(H.F.Taylor,CELee.Apparatusand中科院上海光機所潘政清課題組提出(PanZ,LiangK,YeQ,etal.Phase-sensitiveOTDRsystembasedo旭萍課題組提出(ZabihiM,ChenY,ZhouT,etal.ContinuousFadingSuppressionMethodforΦ-0TDRSystemsUsingOptFrequencies[J].JournalofLightwaveTechnology,2019,37(14):3602-3610.)頻分復5發(fā)明內(nèi)容[0005]在下文中給出了關于本發(fā)明的簡要概述，以便提供關于本發(fā)明的某些方面的基本理解。應當理解，這個概述并不是關于本發(fā)明的窮舉性概述。它并不是意圖確定本發(fā)明的關鍵或重要部分，也不是意圖限定本發(fā)明的范圍。其目的僅僅是以簡化的形式給出某些概念，以此作為稍后論述的更詳細描述的前序。[0006]本發(fā)明要解決的問題是針對現(xiàn)有Φ-OTDR系統(tǒng)中的相干衰落效應抑制方案的不足之處，提出一種基于相位調(diào)制光頻梳抑制相干衰落效應的Φ-0TDR系統(tǒng)及其工作方法。[0008]一種基于相位調(diào)制光頻梳抑制相干衰落效應的Φ-OTDR系統(tǒng)，包括窄線寬激光器、[0009]窄線寬激光器的光信號輸出端與一號光纖耦合器的光信號輸入端連通，一號光纖耦合器的兩個光信號輸出端分別同時與相位調(diào)制器的光信號輸入端和偏振控制器的輸入端連通，相位調(diào)制器的光信號輸出端同時與聲光調(diào)制器的光信號輸入端連通，聲光調(diào)制器的光信號輸出端同時與摻鉺光纖放大器的光信號輸入端連通，摻鉺光纖放大器的光信號輸出端同時與環(huán)形器的一號光信號端口連通，環(huán)形器的二號光信號端口與傳感光纖連通，二號光纖耦合器的光信號輸入端同時與偏振控制器的光信號輸出端和環(huán)形器的三號光信號端口連通，二號光纖耦合器的光信號輸出端同時與光電探測器的光信號輸入端連通，光電探測器的電信號輸出端同時與示波器的電信號輸入端連通，示波器同時與計算機連通，任意波形發(fā)生器的微波信號輸出端分別同時與相位調(diào)制器的微波信號加載端、聲光調(diào)制器的微波信號加載端和示波器的觸發(fā)信號輸入端連通。[0010]進一步的，所述窄線寬激光器采用單頻窄線寬光纖激光器，輸出功率為10mW,波長為1550nm。[0011]進一步的，所述一號光纖耦合器的耦合比為90:10,二號光纖耦合器的耦合比為50:50。進一步的，所述的相位調(diào)制器(3)的工作波長為1525nm-1605nm,調(diào)制帶寬為10GHz,半波電壓為7V。[0012]進一步的，所述聲光調(diào)制器的移頻為-300MHz,消光比為50dB。[0013]進一步的，光電探測器的探測帶寬為1GHz。[0014]一種基于相位調(diào)制光頻梳抑制相干衰落效應的Φ-OTDR系統(tǒng)及其工作方法，包括如下步驟：[0015]窄線寬激光器輸出的連續(xù)光通過一號光纖耦合器分為上下兩個支路；上支路的連續(xù)光經(jīng)過相位調(diào)制器調(diào)制產(chǎn)生頻率梳形式的連續(xù)光，并由聲光調(diào)制器調(diào)制為脈沖光，同時產(chǎn)生一定大小的頻移，再經(jīng)摻鉺光纖放大器進行光功率放大后經(jīng)過環(huán)形器注入到傳感光纖中；下支路的連續(xù)光作為本征光，由偏振控制器進行偏振態(tài)調(diào)節(jié)后和傳感光纖中由于介質(zhì)折射率分布不均勻而產(chǎn)生的后向瑞利散射光一同注入二號光纖耦合器進行拍頻，并由光電探測器進行探測，輸出的光電流由示波器進行采集，獲得多頻后向瑞利散射光，計算機用于數(shù)據(jù)處理。相位調(diào)制器和聲光調(diào)制器的驅(qū)動脈沖均由任意波形發(fā)生器提供。[0017]S1、對示波器采集到的拍頻信號I(t),利用計算機中的處理程序進行數(shù)字濾波處6理，提取頻率為@;(i=1,2,3,…,n)的后向瑞利散射光信號；[0018]S2、對步驟S1中提取出來的多頻后向瑞利散射光信號分別進行解調(diào)，獲得強度信息A和相位信息φ:(i=1,2,3,…,n);[0019]S3、對于相位重構區(qū)間[a,b],分別求取各后向瑞利散射光信號在位置a和b處的信號強度最小值Amin_i(i=1,2,3,…,n),再求取最小值Amin_;中的最大值，以及該最大值所對應的后向瑞利散射光信號在位置a和b之間的相位差⑨ab;[0020]S4、任意時刻總是使用步驟S3中求得的相位差⑨ab進行接續(xù)，剔除失真相位信息，實現(xiàn)對相干衰落效應的抑制。[0024]對于任意一個基頻為f的周期調(diào)制信號m(t),對其作傅里葉級數(shù)展開，得到：[0027]則在m(t)的調(diào)制下產(chǎn)生頻率梳形式的連續(xù)光，其時域表達式E(t)為：[0029]本發(fā)明的有益效果為：[0030]本發(fā)明所述的一種基于相位調(diào)制光頻梳抑制相干衰落效應的Φ-OTDR系統(tǒng)及其工用相位調(diào)制方法產(chǎn)生光學頻率梳具有更大的工作帶寬(通常大于幾十GHz),可調(diào)制出更多的頻率成分，便于更有效地剔除失真相位信息。[0031]本發(fā)明所述的一種基于相位調(diào)制光頻梳抑制相干衰落效應的Φ-OTDR系統(tǒng)及其工作方法，不犧牲系統(tǒng)的響應帶寬。系統(tǒng)中包含多個頻率成分的脈沖光同時注入傳感光纖，不犧牲系統(tǒng)的響應帶寬。[0032]本發(fā)明所述的一種基于相位調(diào)制光頻梳抑制相干衰落效應的Φ-OTDR系統(tǒng)及其工采用相位調(diào)制法一次性產(chǎn)生包含多個頻率成分的光學頻率梳，結構簡單，各個頻率成分之間的相位延遲可精準控制。附圖說明[0033]圖1為本發(fā)明所述的一種基于相位調(diào)制光頻梳抑制相干衰落效應的Φ-OTDR系統(tǒng)示意圖；[0034]圖2為具體實施方式二所述的一種基于相位調(diào)制光頻梳抑制相干衰落效應的Φ-OTDR系統(tǒng)工作過程中測得的相位調(diào)制光頻梳結果圖；[0035]圖3為具體實施方式二所述的一種基于相位調(diào)制光頻梳抑制相干衰落效應的Φ-OTDR系統(tǒng)工作過程中測得的后向瑞利散射光強度信息累積分布圖。7具體實施方式[0036]在下文中將結合附圖對本發(fā)明的示范性具體實施方式進行描述。為了清楚和簡明起見，在說明書中并未描述實際實施方式的所有特征。然而，應該了解，在開發(fā)任何這種實際具體實施方式的過程中必須做出很多特定于實施方式的決定，以便實現(xiàn)開發(fā)人員的具體目標，例如，符合與系統(tǒng)及業(yè)務相關的那些限制條件，并且這些限制條件可能會隨著實施方式的不同而有所改變。此外，還應該了解，雖然開發(fā)工作有可能是非常復雜和費時的，但對得益于本發(fā)明公開內(nèi)容的本領域技術人員來說，這種開發(fā)工作僅僅是例行的任務。僅僅示出了與根據(jù)本發(fā)明的方案密切相關的裝置結構和/或處理步驟，而省略了與本發(fā)明關系不大的其他細節(jié)。[0038]為能進一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點及功效，茲例舉以下具體實施方式，并配合附圖詳細說明如下：[0040]參考附圖1:一種基于相位調(diào)制光頻梳抑制相干衰落效應的Φ-OTDR系統(tǒng)，包括窄計算機13;[0041]窄線寬激光器1的光信號輸出端與一號光纖耦合器2的光信號輸入端連通，一號光纖耦合器2的兩個光信號輸出端分別同時與相位調(diào)制器3的光信號輸入端和偏振控制器8的輸入端連通，相位調(diào)制器3的光信號輸出端同時與聲光調(diào)制器4的光信號輸入端連通，聲光調(diào)制器4的光信號輸出端同時與摻鉺光纖放大器5的光信號輸入端連通，摻鉺光纖放大器5的光信號輸出端同時與環(huán)形器6的一號光信號端口6-1連通，環(huán)形器6的二號光信號端口6-2與傳感光纖9連通，二號光纖耦合器10的光信號輸入端同時與偏振控制器8的輸出端和環(huán)形器6的三號光信號端口6-3連通，二號光纖耦合器10的光信號輸出端同時與光電探測器11的光信號輸入端連通，光電探測器11的電信號輸出端同時與示波器12的電信號輸入端連通，示波器12同時與計算機13連通，任意波形發(fā)生器7的微波信號輸出端分別同時與相位調(diào)制器3的微波信號加載端、聲光調(diào)制器4的微波信號加載端和示波器12的觸發(fā)信號輸入端連通。[0042]優(yōu)選的，所述窄線寬激光器1采用單頻窄線寬光纖激光器，輸出功率為10mW,波長為1550nm。[0043]優(yōu)選的，所述一號光纖耦合器2的耦合比為90:10,二號光纖耦合器10的耦合比為[0044]優(yōu)選的，所述的相位調(diào)制器3的工作波長為1525nm-1605nm,調(diào)制帶寬為10GHz,半波電壓為7V。[0045]優(yōu)選的，所述聲光調(diào)制器4的移頻為-300MHz,消光比為50dB。[0046]優(yōu)選的，光電探測器11的探測帶寬為1GHz。[0047]本實施方式所述的一種基于相位調(diào)制光頻梳抑制相干衰落效應的Φ-OTDR系統(tǒng)，不犧牲系統(tǒng)的響應帶寬。系統(tǒng)中包含多個頻率成分的脈沖光同時注入傳感光纖，不犧牲系統(tǒng)的響應帶寬。8[0048]本實施方式所述的一種基于相位調(diào)制光頻梳抑制相干衰落效應的Φ-OTDR系統(tǒng)，法一次性產(chǎn)生包含多個頻率成分的光學頻率梳，結構簡單，各個頻率成分之間的相位延遲可精準控制。[0049]具體實施方式二：[0050]根據(jù)具體實施方式一所述的一種基于相位調(diào)制光頻梳抑制相干衰落效應的Φ-[0051]窄線寬激光器1輸出的連續(xù)光通過一號光纖耦合器2分為上下兩個支路；上支路的連續(xù)光經(jīng)過相位調(diào)制器3調(diào)制產(chǎn)生頻率梳形式的連續(xù)光，并由聲光調(diào)制器4調(diào)制為脈沖光，同時產(chǎn)生一定大小的頻移，再經(jīng)摻鉺光纖放大器5進行光功率放大后經(jīng)過環(huán)形器6注入到傳感光纖9中；下支路的連續(xù)光作為本征光，由偏振控制器8進行偏振態(tài)調(diào)節(jié)后和傳感光纖9中由于介質(zhì)折射率分布不均勻而產(chǎn)生的后向瑞利散射光一同注入二號光纖耦合器10進行拍頻，并由光電探測器11進行探測，輸出的光電流由示波器12進行采集，獲得多頻后向瑞利散射光，計算機13用于數(shù)據(jù)處理，相位調(diào)制器3和聲光調(diào)制器4的驅(qū)動脈沖均由任意波形發(fā)生器7提供。[0053]S1、對示波器12采集到的拍頻信號I(t),利用計算機13中的處理程序進行數(shù)字濾波處理，提取頻率為@;(i=1,2,3,…,n)的后向瑞利散射光信號；[0054]S2、對步驟S1中提取出來的多頻后向瑞利散射光信號分別進行解調(diào)，獲得強度信[0055]S3、對于相位重構區(qū)間[a,b],分別求取各后向瑞利散射光信號在位置a和b處的信號強度最小值Amin_;(i=1,2,3,…,n),再求取最小值Amin_;中的最大值，以及該最大值所對應的后向瑞利散射光信號在位置a和b之間的相位差9ab;[0056]S4、任意時刻總是使用步驟S3中求得的相位差9a進行接續(xù)，剔除失真相位信息，實現(xiàn)對相干衰落效應的抑制。[0057]本實施方式所述的一種基于相位調(diào)制光頻梳抑制相干衰落效應的Φ-OTDR系統(tǒng)工作過程中測得的后向瑞利散射光強度信息累積分布圖如圖3所示。以歸一化強度的10%為界定相干衰落效應的閾值，從圖3可看出由相干衰落效應導致相位信息失真率從15～19%減少至0.25%。[0058]進一步的，相位調(diào)制器3產(chǎn)生等幅光頻梳的方法：[0059]定義f。為光載波頻率；f為調(diào)制頻率；V為調(diào)制電壓振幅；Vπ為相[0061]對于任意一個基頻為f的周期調(diào)制信號m(t),對其作傅里葉級數(shù)展開，得到：[0064]則在m(t)的調(diào)制下產(chǎn)生頻率梳形式的連續(xù)光，其時域表達式E(t)為：9[0066]進一步的，設調(diào)制信號m(t)包含基頻、二次和三次諧波，當γ?=1.092,Y?=1.073,φ?=0.5π,Y?=0.962,φ?=0時，單頻連續(xù)光由相位調(diào)制器調(diào)制為等幅光頻梳形式[0068]探測到的多頻后向瑞利散射光信號如圖2所示，包含七