引用本文:

周铂承,樊昕昱,何祖源. 基于强度调制型啁啾脉冲压缩法的分布式喇曼温度传感器[J]. 光通信技术,2021,45(10):30-33.

基于强度调制型啁啾脉冲压缩法的分布式喇曼温度传感器

周铂承,樊昕昱*,何祖源

(上海交通大学 区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室,上海 200240)

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摘要:为实现低成本、长距离的高精度分布式温度测量,提升分布式喇曼光纤温度传感器(RDTS)系统的性价比,提出了一种基于强度调制型啁啾脉冲压缩技术的新型RDTS系统,描述了新型系统的结构及相应信号调制/解调方法,并通过实验验证了系统性能。实验结果表明:所提出的新型RDTS系统在35 km的传感距离获得了1.6 m的空间分辨率和1.8 ℃的温度分辨率,解决了传统RDTS系统中空间分辨率与温度分辨率相互制约的问题。

关键词:强度调制,脉冲压缩技术,分布式喇曼光纤温度传感器

中图分类号:TN256 文献标志码:文章编号:1002-5561(2021)10-0030-04

DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2021.10.007

0 引言
     分布式喇曼光纤温度传感器(RDTS)在各种工业领域都有广泛的应用,其定位原理通常基于光时域反射仪(OTDR)技术[1]。RDTS系统中的背向散射光由斯托克斯光、反斯托克斯光以及瑞利散射光组成。其中,反斯托克斯光强度受温度影响较大,而斯托克斯光强度则几乎不受影响。因此,计算反斯托克斯光和斯托克斯光的比值,不仅可以获得沿光纤分布的温度信息,还可以消除光纤损耗和激光器功率波动对系统稳定性带来的影响[2]。
  在RDTS系统中,反斯托克斯光和斯托克斯光强度都非常弱。为了提高系统测温精度和延长测量距离,通常会采用高功率激光器或掺铒光纤放大器(EDFA)来增加光纤中的光功率。然而,发射到光纤中的最大光功率会受到非线性效应的限制,例如受激喇曼散射(SRS)效应和受激布里渊散射(SBS)效应[3]。因此,Simplex编码脉冲压缩技术被引入到RDTS系统中[4]。但是,在使用EDFA放大Simplex编码的光脉冲序列时,EDFA瞬态效应会使Simplex编码序列发生严重失真,从而无法正确解调出光纤的温度曲线。许多研究者针对该问题提出了各种解决方法[5-7]。2011年,SOTO M A等人[5]使用马赫-曾德尔调制器(MZM)生成均匀的脉冲序列,再通过EDFA无失真地放大,最后由声光调制器(AOM)生成Simplex编码序列,但该方案中使用了2个调制器,系统复杂且成本较高。2017年,ROSOLEM J B等人[6]对Simplex代码序列进行预失真以补偿EDFA的瞬态效应,但是这种方法对EDFA稳定性要求很高,而且在EDFA增益较高时会失去作用。2018年,戴高宇等人[7]在2个具有不同波长的直接调制的分布式反馈(DFB)激光器上分别调制了归零(RZ) Simplex编码脉冲序列和互补序列,从而避免瞬态效应,互补部分被带通滤波器(BPF)滤除,从而将未失真的Simplex编码光信号入射至传感光纤,但该方案中使用了2个激光器和1个BPF,增加了系统复杂性和成本。
   本文提出一种基于强度调制型啁啾脉冲压缩技术的新型RDTS系统,以解决传统RDTS中空间分辨率和温度分辨率相互制约的问题。

3 结束语
     本文提出了一种基于强度调制型啁啾脉冲压缩技术的新型RDTS系统。该系统引入了LFM脉冲压缩技术和小波去噪技术,解决了传统RDTS系统中空间分辨率与温度分辨率性能互相制约的问题,具有同时实现高空间分辨率及高温度分辨率测量的潜力;此外,本系统所采用的光信号调制方式不受EDFA瞬态效应影响,可以采用先调制后放大的硬件结构,系统中仅使用了1个波长为1550 nm的DFB激光器和1个强度调制器,性价比高且成本低。实验结果表明:本文提出的新型RDTS系统在35 km的传感距离获得了1.6 m的空间分辨率和1.8 ℃的温度分辨率,具有良好的性能。