CN119509667A 一种基于双啁啾脉冲的光纤分布式声波传感装置及方法 （广东工业大学）

一种基于双啁啾脉冲的光纤分布式声波传本发明公开了一种基于双啁啾脉冲的光纤收模块(4)；激光器模块产生的激光通过啁啾脉并在传感光纤模块中激发瑞利散射信号并输入至瑞利散射信号分离与接收模块进行信号分离的采集，实现大动态范围的分布式声波传感技21.一种基于双啁啾脉冲的光纤分布式声波传感装置，其特征在于，包括激光器模块所述激光器模块(1)产生的激光通过所述啁啾脉冲调制模块(2)后得到经过调制和放模块(3)中激发瑞利散射信号并将所述瑞利散射信号输入至所述瑞利散射信号分离与接收所述瑞利散射信号经过光放大器2(401)进行放大后输入至所述光滤波器3(402)中提频瑞利散射光信号1(404)后的所述瑞利散射信号再输入至所述光滤波器4(403)中提取频所述扫频瑞利散射光信号(404)输入至所述光探测器1(406)中进行探测后输入至所述所述扫频瑞利散射光信号(405)输入至所述光探测器2(407)中进行探测后直接由所述所述采集卡(409)进行信号采集后，将采集的信号输入至所述信号分离及解调单元2.根据权利要求1所述的一种基于双啁啾脉冲的光纤分布式声波传感装置，其特征在所述激光器模块(1)发射的激光注入所述耦合器1(202)分束为两路激光，所述两路激f2，啁啾带宽为B2的啁啾脉冲电信号以驱动所述光调制器2(203)生成扫频光信号2(206)，所述光滤波器1(207)用于对所述扫频光信号1(205)提取中心频率为f1，带宽3.根据权利要求2所述的一种基于双啁啾脉冲的光纤分布式声波传感装置，其特征在所述脉冲调制器(210)对所述一个频谱中包含大、小两种啁啾频带的双啁啾脉冲信号进行再次调制，信号发生器(204)的第三输出通道(204c)生成电脉冲信号并输入到所述脉冲调制器(210)的电调制信号输入端(210c)中，对所述双啁啾脉冲信号进行截取以提高所34.根据权利要求2所述的一种基于双啁啾脉冲的光纤分布式声波传感装置，其特征在经过调制和放大的具有不同的中心频率和带宽的双啁啾脉冲信号输入至所述环形器5.根据权利要求1所述的一种基于双啁啾脉冲的光纤分布式声波传感装置，其特征在宽为B2的小啁啾带宽瑞利散射信号的电场表达式，L为整段传感光纤上散射点总数，rect6.根据权利要求1所述的一种基于双啁啾脉冲的光纤分布式声波传感装置，其特征在7.根据权利要求1所述的一种基于双啁啾脉冲的光纤分布式声波传感装置，其特征在8.根据权利要求1所述的一种基于双啁啾脉冲的光纤分布式声波传感装置，其特征在离和时延信息提取，采用谱相关解调方法提取同一组别内的瑞利散射信号之间的时延信4经过所述光探测器1(406)和所述光探测器2(407)探测接S09.根据权利要求8所述的一种基于双啁啾脉冲的光纤分布式声波传感装置，其特征在5激光器模块(1)输出激光至啁啾脉冲调制模块(2)的耦合器1(201)中，经过耦合器信号发生器的第一输出通道(204a)输出大啁啾脉冲电信号，驱动光调制器1生成大啁将所述大啁啾扫频光信号1(205)和所述小啁啾扫频光信号2(206)分别输入光滤波器1(207)和光滤波器2(208)中滤除光调制器输出扫频光信号过程中额外产生的高阶边带和载信号发生器第三输出通道(204c)输出电脉冲信号控制脉冲调制器的开关时序对双啁将放大后的双啁啾脉冲信号通过传感光纤模块(3)中的环形器(301)后输入传感光纤光放大器2(401)对瑞利散射信号进行放大后输入到光滤波器3(402)中，光滤波器3(402)提取瑞利散射信号的大啁啾带宽瑞利散射信号，所述大啁啾带宽瑞利散射信号通过光滤波器3的反射光输出端(402b)输出至光探测器1(406)中，提取所述大啁啾带宽瑞利散射信号后剩余的信号成分由光滤波器3的透射光输出端(402c)输出到光滤波器4(403)中提取小啁啾带宽瑞利散射信号，所述小啁啾带宽瑞利散射信号通过光滤波器4的反射光输出大小啁啾带宽瑞利散射信号分别输入到光探测器1(406)和光探测器2(407)时发生信号自拍频干涉并被转化为模拟电信号，大啁啾带宽瑞利散射模拟电信号经过电滤波器(408)进行部分带宽采样滤波后和小啁啾带宽瑞利散射模拟电信号分别输入到采集器将采集器(409)采集到的信号传输至信号分离及解调单元(410)进行宽瑞利散射信号的解调结果作为参考信号以校正大啁啾带宽瑞利散射信号解调结果因部6[0002]分布式光纤传感(DistributedFiberOpticSensing,DFOS)系统是一种先进的[0003]分布式光纤传感系统的原理是利用光纤中的光散射效应布式光纤声波传感(DAS)技术能够通过检测瑞利散射光信号的相位变化，完成对外界扰动[0004]公开号为CN113810098A的专利公布了一种基于双边带啁啾脉冲调制的光时域反[0006]公开号为CN113810099A的专利公布了一种基于非对称双边带啁啾脉冲调制的光7[0009]本发明的目的是克服现有技术存在的啁啾脉冲型DAS的声波测量范围受限的技术[0013]所述激光器模块产生的激光通过所述啁啾脉冲调制模块后得到经过调制和放大[0015]所述瑞利散射信号经过光放大器2进行放大后输入至所述光滤波器3中提取中心后的所述瑞利散射信号再输入至所述光滤波器4中提取频率为f2，带宽为B2的扫频瑞利散[0016]所述扫频瑞利散射光信号输入至所述光探测器1中进行探测后输入至所述电滤波[0017]所述扫频瑞利散射光信号输入至所述光探测器2中进行探测后直接由所述采集卡行信号解调处理并对信号解调处理的结果进行自适应滤[0020]所述激光器模块发射的激光注入所述耦合器1分束为两路激光，所述两路激光分信号发生器的第二输出通道输出中心频率为f0_f2，啁啾带宽为B2的啁啾脉冲电信号以驱8制信号输入端中，对所述双啁啾脉冲信号进行截取以提高所述双啁啾脉冲信号的消光比，环形器将所述经过调制和放大的具有不同的中心频率和带宽的双啁啾脉冲信号输入至所啾带宽为B2的小啁啾带宽瑞利散射信号的电场表达式，L为整段传感光纤上散射点总数，[0032]作为优选方案，所述采集器(409)采集的信号传输至所述信号分离及解调单元(410)后进行信号切割分离和时延信息提取，采用谱相关解调方法提取同一组别内90为激光器的中心频率；0[0047]滤波器权重矩阵W(n)的更新准则为最小化代价函数J(n)，采用最快下降梯度算于上述技术方案中的一种基于双啁啾脉冲的光纤分布式声波传感装置，所述方法步骤如[0054]激光器模块输出激光至啁啾脉冲调制模块的耦合器1中，经过耦合器后被分为两[0055]信号发生器的第一输出通道输出大啁啾脉冲电信号，驱动光调制器1生成大啁啾[0056]所述大啁啾扫频光信号1和所述小啁啾扫频光信号2分别输入光滤波器1和光滤波器2中滤除光调制器输出扫频光信号过程中额外产生的高阶边带和载波信号，分别进行滤波后的两束啁啾光脉冲信号同时进入耦合器2中进行耦合，获得将大小啁啾频率带宽结合[0057]信号发生器第三输出通道输出电脉冲信号控制脉冲调制器的开关时序对双啁啾[0058]将放大后的双啁啾脉冲信号通过传感光纤模块中的环形器后输入传感光纤中激[0059]光放大器2对瑞利散射信号进行放大后输入到光滤波器3中，光滤波器3提取瑞利散射信号的大啁啾带宽瑞利散射信号，所述大啁啾带宽瑞利散射信号通过光滤波器3的反射光输出端输出至光探测器1中，提取所述大啁啾带宽瑞利散射信号后剩余的信号成分由带宽瑞利散射信号通过光滤波器4的反射光输出端输出至光[0060]大小啁啾带宽瑞利散射信号分别输入到光探测器1和光探测器2时发生信号自拍宽采样滤波后和小啁啾带宽瑞利散射模拟电信号分别输入到采集器中进行信号散射信号的解调结果作为参考信号以校正大啁啾带宽瑞利散射信号解调结果因部分带宽[0075]请参阅图1，本发明实施例1提供一种基于双啁啾脉冲的光纤分布式声波传感装[0078]啁啾脉冲调制模块2包括：3dB耦合器1(201)、光调制器1(202)、电光调制器2输出分别连接到光调制器1输入端202a和光调制器210c相连，脉冲调制器输出端210b与光放大器1的输入端212a相连，光放大器1的输出端与光电探测器1的输入端406a相连，光探测器1的射频信号输出端406b则连接到电滤波器3透射光输出端口402c则连接到光滤波器4的输入端口403a。光滤波器4的反射光输出端口单元的输入端410a连接构成的链路传输到信号分离及解调单元[0088]窄线宽激光器1输出端101a发射波长为1550nm，线宽为100Hz，幅度为16dBm的激[0089]信号发生器从204a端口输出中心频率为(f1_f0)，啁啾带宽为B1的啁啾脉冲电信脉冲中包含不同中心频率和带宽的两种啁啾频带，图3是双啁啾脉冲信号的工作原理示意以提高双啁啾脉冲信号的消光比。经过脉冲调制器截取的双啁啾脉冲信号通过光放大器1[0090]光放大器1的输出端212b连接到环形器的301a端口，双啁啾脉冲信号经过环形器后由301b端口注入待传感光纤中，双啁啾脉冲信号激发后向双啁啾脉冲瑞利散射光信号，双啁啾脉冲瑞利散射信号返回环形器，由环形器的端口301c注入到光放大器2中进行增益放大后瑞利散射光信号进入光滤波器3提取中心频率为f1，带宽为B1的扫频瑞利散射光信信号输出端407b接入到采集卡的ADC采集通道409b。采集卡通过409c端口与410a端口连接[0092]具有不同的中心频率和带宽的双啁啾脉冲信号所激发的瑞利散射信号的频率成啾带宽为B2的小啁啾带宽瑞利散射信号的电场表达式，L为整段传感光纤上散射点总数，无重叠部分，因此可以通过光滤波器将大小啁啾脉冲所激发的后向瑞利散射信号分离开。取特定频带的信号光，光滤波器3和光滤波器4的另一个作用则是滤除光放大器2进行放大元410进行信号切割分离和时延信息提取。时延信息则采用谱相关解调方法提取同一组别0为激光器的中心频率。0入1/f噪声项n下,主要集中在低频段。请参阅图5，图5为本实施例1的自适应滤波校正[0111]滤波器权重矩阵W(n)的更新准则为最小化代价函数J(n)，采用最快下降梯度算[0122]S3：将大啁啾扫频光信号205和小啁啾扫频光信号206分别输入光滤波器1和光滤波器2中滤除光调制器输出扫频光信号过程中额外产生的高阶边带和载波信号，分别进行滤波后的两束啁啾光脉冲信号同时进入耦合器209中进行耦合，获得将大小啁啾频率带宽冲信号控制脉冲调制器AOM的开关时序对双啁啾脉冲信号进行截取调制以提高双啁啾脉冲利散射信号的大啁啾带宽瑞利散射信号，大啁啾带宽瑞利散射信号通过光滤波器3的反射光输出端402b输出至光探测器1中，提取大啁啾带宽瑞利散射信号后剩余的信号成分由光主要作用是提取大小啁啾带宽瑞利散射信号以及抑制A采样时不会发生信号频谱混叠以及能量损失，两路模拟电信号最后均被采集卡409以[0127]S8：将采集卡409采集到的信