一种基于多色啁啾脉冲的超快布里渊光时域分析仪装置与方法

本发明属于分布式光纤测量，更具体地，涉及一种基于多色啁啾脉冲的超快布里渊光时域分析仪装置与方法。

背景技术：

1、布里渊光时域分析仪是一种能定量测量任意光纤位置上所受外界温度应变的分布式光纤测量技术，具有空间分辨率高、测量范围大和信噪比高等优点，受到研究人员的广泛关注。

2、虽然传统的布里渊光时域分析仪也能完成检测沿光纤的应变和温度的任务，但其因为重构布里渊增益谱均需要对探测光进行步进扫频，而每次扫频均需要大量时间以提升信号信噪比。因此，传统的布里渊光时域分析仪的测量时间长，获取信息的时效性不高。

3、现有技术中公开了一种双边带光频梳的快速布里渊光学时域分析仪，其采用激光器输出光作为载波，经双边带调制后产生探测光输入待测光纤的一端。之后再将双边泵浦光输入待测光纤的另一侧。最后采用直接探测的方式，同时测量布里渊增益谱、布里渊损耗谱和布里渊相位谱。该装置使用双边光的方式进行检测，其速度较慢，其速度受到光脉冲在光纤中的飞行时间的限制。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术中布里渊光时域分析速度较慢的缺陷，提供一种基于多色啁啾脉冲的超快布里渊光时域分析仪装置与方法。

2、本发明的首要目的是为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

3、一种基于多色啁啾脉冲的超快布里渊光时域分析仪装置，包括：

4、第一脉冲发生模块、第一脉冲处理模块、第二脉冲发生模块、第二脉冲处理模块、探测模块、反射信号处理模块和解调模块；

5、其中，第一脉冲发生模块的输出端与第一脉冲处理模块的输入端相连，第二脉冲发生模块输出端与第二脉冲处理模块的输入端相连，第一脉冲处理模块的输出端、第二脉冲处理模块的输出端与探测模块的输入端相连，探测模块的输出端与反射信号处理模块的输入端相连，反射信号处理模块的输出端与解调模块的输入端相连。

6、进一步地，所述第一脉冲发生模块，包括：

7、第一激光器、第一调制器、第一信号发生器；

8、其中，第一激光器的输出端、第一信号发生器的输出端与第一调制器的输入端相连，第一调制器的输出端与第一脉冲处理模块的输入端相连；

9、所述第二脉冲发生模块，包括：

10、第二激光器、第二调制器、第三信号发生器；

11、其中，第二激光器的输出端、第三信号发生器的输出端与第二调制器的输入端相连，第二调制器的输出端与第二脉冲处理模块的输入端相连。

12、进一步地，所述第一脉冲处理模块，包括：

13、第一光放大器、第一滤波器、第三调制器、第二信号发生器；

14、其中，第一脉冲发生模块的输出端与第一光放大器的输入端相连，第一光放大器的输出端与第一滤波器的输入端相连，第一滤波器的输出端、第二信号发生器的输出端与第三调制器的输入端相连，第三调制器的输出端与探测模块的输入端相连；

15、所述第二脉冲处理模块，包括：

16、第二光放大器、第二滤波器、第四调制器、第四信号发生器；

17、其中，第二脉冲发生模块的输出端与第二光放大器的输入端相连，第二光放大器的输出端与第二滤波器的输入端相连，第二滤波器的输出端、第四信号发生器的输出端与第四调制器的输入端相连，第四调制器的输出端与探测模块的输入端相连。

18、进一步地，所述探测模块包括：传感光纤、环形器；

19、其中，环形器的第一端与第二脉冲处理模块的输出端相连，环形器的第二端与传感光纤的输入端相连，环形器的第三端与反射信号处理模块的输入端相连。

20、进一步地，所述反射信号处理模块包括依次连接的第三光放大器、第三滤波器、探测器；

21、其中，探测模块的输出端与第三光放大器的输入端相连，第三光放大器的输出端与第三滤波器的输入端连接，第三滤波器的输出端与探测器的输入端连接，探测器的输出端与解调模块相连。

22、一种基于多色啁啾脉冲的超快布里渊光时域分析方法，包括：

23、s1：利用所述第一脉冲发生模块、所述第二脉冲发生模块分别生成泵浦脉冲序列和探测脉冲序列；

24、s2：利用所述第一脉冲处理模块、所述第二脉冲处理模块分别对所述泵浦脉冲序列和所述探测脉冲序列依次进行放大、滤波、斩波处理，获得泵浦脉冲和探测脉冲；

25、s3：将所述泵浦脉冲输入传感光纤的一端，所述探测脉冲经环形器输入传感光纤的另一端，改变探测脉冲序列和泵浦脉冲序列的时延，对目标位置进行探测，环形器输出反射探测光脉冲信号；

26、s4：利用所述反射信号处理模块对所述反射探测光脉冲信号进行处理，获得反射探测电信号；

27、s5：利用解调模块提取所述反射探测电信号的瞬态布里渊增益峰，计算所述瞬态布里渊增益峰对应的时延，结合传感光纤的温度系数和应变系数计算传感光纤的实际温度和实际应变。

28、进一步地，步骤s1包括：

29、s101：利用第一激光器生成第一初始激光，利用第二激光器生成第二初始激光；

30、s102：利用第一信号发生器生成第一电脉冲序列，所述第一电脉冲序列与第一初始激光输入第一调制器，进行第一频率调制，生成泵浦脉冲序列；

31、s103：利用第三信号发生器生成啁啾电脉冲序列，所述啁啾电脉冲序列与第二调制器，进行第二频率调制，生成探测脉冲序列。

32、进一步地，所述第一频率调制的公式为：

33、pump(n)＝f0+n·f1

34、其中，f0表示初始激光光频，f1表示第一频率间隔，n表示脉冲次数；

35、所述第二频率调制的公式为：

36、

37、其中，f0表示初始激光光频，f1表示第二频率间隔，n表示脉冲次数，fbfs表示光纤布里渊频移，δb为探测脉冲扫频范围。

38、进一步地，步骤s2中第一脉冲处理模块对所述泵浦脉冲序列依次进行放大、滤波、斩波处理，获得泵浦脉冲包括：

39、s20101：将所述泵浦脉冲序列输入第一光放大器，得到经放大的泵浦脉冲序列；

40、s20102：将所述经放大的泵浦脉冲序列输入第一滤波器，得到经滤波的泵浦脉冲序列；利用第二信号发生器，生成第二电脉冲序列；

41、s20103：将所述经滤波的泵浦脉冲序列、所述第二脉冲序列输入第三调制器，得到泵浦脉冲；

42、第二脉冲处理模块对所述探测脉冲序列依次进行放大、滤波、斩波处理，获得探测脉冲包括：

43、s20201：将所述探测脉冲序列输入第二光放大器，得到经放大的探测脉冲序列；

44、s20202：将所述经放大的探测脉冲序列输入第二滤波器，得到经滤波的探测脉冲序列；利用第四信号发生器，生成第四电脉冲序列；

45、s20203：将所述经滤波的探测脉冲序列、所述第四脉冲序列输入第四调制器，得到探测脉冲。

46、进一步地，步骤s4包括：

47、s401：将反射探测光脉冲信号输入第三光放大器进行放大，得到经放大的反射探测光脉冲信号；

48、s402：将所述经放大的反射探测光脉冲信号输入第三滤波器进行滤波，得到经滤波的反射探测光脉冲信号；

49、s403：将所述经滤波的反射探测光脉冲信号输入探测器，得到反射探测电信号。

50、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

51、本发明通过控制探测脉冲序列和泵浦脉冲序列的时延，从而控制探测脉冲和泵浦脉冲在目标位置的相遇时机，进而节约光脉冲的飞行时间，提升布里渊光时域分析速度。