基于数字增强干涉的Phase-OTDR高灵敏度定量测量技术研究

Based on the urgent requirements of long-distance distributed Phase-OTDR technology for the quantitative measurement of weak fiber backscattering signals in the field of large public infrastructures and our researched foundation in fiber sensors, a high-sensitivity quantitative measurement technology in the Phase-OTDR based on the digital enhanced interference is proposed and analyzed. Except for optimizing the noise characteristic of the unit laser device to improve the performance of the coherent detection, the contents of this project will include to combine the Phase-OTDR sensors technology with digital coding technology of communication and research pseudo random code technique and optical frequency division multiplexing in detail. some key technologies, such as low signal to noise ratio, low sampling rate and non-quantitative measurement of phase will be broken through and the performances of Phase-OTDR will be improved in essence which will boost the whole field of fiber sensors.

项目针对长距离Phase-OTDR分布式振动光纤传感技术在大型公共基础设施（高速铁路、油气管线、输电线路等）监控中对微弱扰动信号的准确定量化测量的迫切应用需求，以及我们前期在分布式光纤传感技术的研究基础，拟开展基于数字增强干涉的Phase-OTDR高灵敏度定量测量技术研究。在通过优化单元器件的噪声特性提升相干探测Phase-OTDR系统性能的基础上，将现有的Phase-OTDR技术与通信领域的数字编码技术结合，对伪随机码技术及其光频分复用技术等关键技术的详细研究和探索，以期突破目前相关分布式光纤传感领域发展所面临的低信噪比、低采样速率、相位非定量检测等若干瓶颈问题和技术矛盾，获得长距离的Phase-OTDR分布式光纤传感系统在性能上质的提升，促进整个光纤传感领域及产业蓬勃的发展。

本项目针对长距离Phase-OTDR分布式振动光纤传感技术在大型公共基础设施（高速铁路、大科学装置等）监控中对微弱扰动信号的准确定量化测量的迫切应用需求，将现有的Phase-OTDR传感技术与通信领域的数字编码技术和光频分复用技术相结合，开展了数字编码对系统和信噪比影响、多频分复用改善系统采样率、测量带宽、空间分辨率等若干关键技术的研究，突破了目前相关分布式光纤传感领域发展所面临的低信噪比、低采样速率、相位非定量检测等若干瓶颈问题和技术矛盾，获得了长距离的Phase-OTDR分布式光纤传感系统在性能上质的提升。在本项目联合资助下，研究团队在国内外核心期刊上发表学术论文13篇（SCI收录论文8篇，EI收录2篇），申请专利8项，其中1项已经授权。其中发明专利《分布式光纤传感器及信息解调方法》ZL201210099835.8获2017年中国专利优秀奖、研究成果《分布式光纤传感技术及产业化》获2019年中国科学院青年促进会科技成果转化贡献奖、微视频《分布式光纤传感技术》获第四届中国科学院科普微视频创意大赛及中科院十大优秀科普微视频、论文《相位敏感光时域反射计研究和应用进展》（中国激光，2017,44（06）：0600001）获中国精品科技期刊顶尖学术论文领跑者5000。同时研究成果《铁路沿线安全光纤综合监测系统》成功实现了技术转移转化（受让方：南京派光智慧感知技术有限公司，成交金额200万）和2018年参展了“伟大的变革——庆祝改革开放40周年大型展览”；2019年为庆祝新中国成立70周年和中国科学院建院70周年, 《高时空精度分布式光纤周界安防技术》参展了“科技报国七十载 创新支撑强国梦”为主题的创新成果展。