提出一种新型的基于内调制啁啾脉冲的高信噪比(SNR)直接探测型相位敏感光时域反射计(φ-OTDR)。通过理论分析可得,利用啁啾脉冲的方法并通过提高受激布里渊阈值可提高注入光能量,提高探测信号中的直流分量可使信号与噪声分离,进而提升SNR。提出一种φ-OTDR系统信噪比的综合评判方法,对SNR的统计特性进行分析。同时,开展了基于分布式反馈激光器的内调制直接探测型φ-OTDR系统实验研究,利用可调谐滤波器对内调制产生的频率啁啾范围进行控制,经对比实验验证,可得所提系统与传统φ-OTDR系统的信噪比期望相当,分布方差更小,测量可靠度更高的结论。此外,该系统还具有成本低、结构简单等优点,实际应用时可以利用光纤布拉格光栅代替可调谐滤波器,提升其应用的灵活性,为工程应用提供新的解决方案。

相位敏感光时域反射计实现兆赫兹分布式振动检测相位敏感光时域反射计技术在周界安防、铁路安全检测等领域发挥着非常重要的作用。1993年，Taylor提出了这一技术，实现了高灵敏度的分布式光纤振动实时检测。直至2010年，该技术的响应带宽才受到研究人员的关注。Bao课题组采用相干探测技术和滑动平均技术提升信噪比，最大频率响应达到1 kHz，传感光纤长度约为1.2 km。2013年Martins等利用半导体光放大技术在1.25 km传感光纤长度下实现了39.5 kHz超声波检测。这些技术虽然取得了一定的成效，但其响应带宽仍然受到传感范围的限制。基于此，本课题组提出了时间序列多频率源技术，在常规系统的受限重复周期内复用多个不同光波频率的脉冲，利用不同频率光波的探测信息综合重建高频扰动信号，一定程度上突破了传感范围对响应带宽的限制，并实现了MHz振动信号的分布式检测。