基于不同脉冲宽度方法的直接检测Φ-OTDR系统

振动解调技术优化研究。提出基于Φ-OTDR的直接检测新方法，交替发射相近但不同脉宽的光脉冲，通过同一点位获取相位差微小的双光强信号，实现振动相位精准解调，较传统方法信噪比提升9.4dB，降低采样率依赖并避免空间分辨率下降。

　　

摘要：

传统的振动解调方法通常利用附近的采样点以及具有相对较宽宽度的脉冲来进行解调，但这存在一些缺点，例如相邻采样点的空间位置不一致以及空间分辨率有限。本研究提出了一种基于直接检测的新型定量振动解调技术，该技术利用了相位敏感光时域反射仪（-OTDR）来解决这些问题。在设定的重复频率下，该技术交替发射具有相似但不同脉冲长度的光脉冲。为了精确解调振动相位，它在同一光纤位置获取两个光强度信号，这两个信号具有不同的初始相位，但由振动引起的相位偏移几乎相同。与传统解调方法相比，所提出的技术使信噪比（SNR）提高了9.4分贝。由于不依赖于数据采集卡（DAQ）的采样率，该技术降低了采集系统的成本和性能要求，同时避免了使用附近采样点进行传统解调时可能出现的空间分辨率下降问题。

引言

相位敏感光时域反射仪（-OTDR）因其广泛认可的研究价值而具有多种优势，包括高灵敏度、精确的定位能力、宽带响应以及定量测量功能[1]。在该领域中，直接检测方案因其结构简单和硬件成本低而一直备受关注。为了实现振动相位解调，需要生成两个或多个具有初始相位差的光干涉信号，因为振动引起的相位变化与干涉信号强度之间存在余弦关系，并且干涉信号同时包含两个未知量：振动相位和初始相位[2]。基于这一理论，全球的研究人员开发了多种实现方法，包括耦合器[3]、相位调制脉冲对[4]和频率调制脉冲对[5]。由于成本低且系统修改要求少，结合高脉冲宽度和附近采样点的解调方法已被广泛采用[6]。然而，相邻采样点来自不同的空间位置这一事实限制了这种方法的应用，导致解调相位不一致，并限制了空间分辨率的提高。我们团队之前提出的使用双射频线路生成双解调信号的技术[2]虽然解决了空间分辨率问题，但未能消除相位不一致的问题。