Direct detection Φ-OTDR based on UWFBG array using linear-phase-modulated double-pulse

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作者
Rui Hong,Feng Wang,Yong Yu,Ruifeng Tian,Wei Jiang,Yanqing Lu,Lin Zhang,Yixin Zhang,Xuping Zhang
出处
期刊:Optics Express [Optica Publishing Group]
卷期号:32 (8): 14090-14090
标识
DOI:10.1364/oe.519419
摘要

We propose what we believe to be a novel direct detection phase-sensitive optical time-domain reflectometry (Φ-OTDR) based on ultra-weak fiber Bragg grating (UWFBG) array to achieve distributed vibration measurements with exceptional sensitivity and remarkable stability. Our system employs a pulse modulator to generate a double pulse and achieves linear phase modulation of one pulse by one cycle through a phase modulator. The phase change can be quantitatively demodulated using our proposed N-step phase-shifted demodulation algorithm. This method effectively mitigates the influence of phase noise of the laser and the pulse modulator, while also eliminating fluctuations in the half-voltage of the phase modulator. Compared with the existing phase modulation methods, our method avoids stringent requirements for the stability and precision of phase modulation. Moreover, we propose a phase-shifted approximation method, breaking the limitation of sensing length on the traditional differential approximation method and improving the accuracy significantly. The technique's effectiveness is experimentally demonstrated on a 1 km UWFBG array with a reflectivity of -40 dB to -45 dB and a spatial resolution of 10 m. Vibrations with different amplitudes are measured quantitatively with good linearity. The low-frequency self-noise is greatly suppressed and the overall self-noise is -54.3 dB rad
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