具体实施方式

在图1所示的光纤通信系统中，通信双方通过光纤进行信号发射以及信号接收，另外，本发明实施例提供的测量装置可以与通信双方之间的光纤连接。具体地，测量装置可以测量通信双方之间的光纤的相关信息，如：光纤的振动信息、温度、形变信息等。进一步，测量装置还可以根据获得的光纤的信息对光纤的状态进行监测，及时对入侵、故障等进行处理，在一定程度上避免对双方的通信造成影响。

本发明实施例采用了频分复用和时分复用技术，测量装置可以在一个周期内的不同时刻产生两个不同频段的脉冲光，这两个脉冲光分别用于测量传感光纤的振动、传感光纤的温度/形变。同时，针对瑞利散射测量传感光纤振动信息的要求、布里渊散射测量传感光纤温度/形变的要求，测量装置独立地对两组脉冲的峰值功率进行优化调节。另外，传感光纤中产生的后向瑞利散射光和布里渊散射光在频率错开，测量装置可采用多种方法进行区分，并分别解调，同时获得传感光纤的动态振动和静态温度/形变信息。可见，本发明实施例可以在共享光电器件的同时测量传感光纤的动态振动和静态温度/应变，最大可能地降低成本。另外，本发明实施例可以针对两组脉冲功率和脉宽进行独立调节，可针对不同应用场景做优化，大大提高了测量精度。

本发明实施例提供一种测量装置，如图2所示，该测量装置包括：激光发射单元201、激光处理单元202、功率调节单元203、光耦合单元204以及数据处理单元205。参考图2，所述激光发射单元201与所述激光处理单元202连接，所述激光处理单202与所述功率调节单元203连接，所述功率调节单元203与所述光耦合单元204连接，所述光耦合单元204与所述数据处理单元205连接。

具体实现中，激光发射单元201用于产生连续的激光信号，并将产生的激光信号输入所述激光处理单元202。激光发射单元201可以是激光器(laser)。

所述激光处理单元202用于对输入的激光信号进行频率调制和脉冲调制。具体地，将输入的激光信号转化成周期性出现的脉冲光信号，并将所述脉冲光信号输入所述功率调节单元203。参考图3，所述脉冲光信号包括第一脉冲光信号和第二脉冲光信号，所述第一脉冲光信号和所述第二脉冲光信号的频段不同，第一脉冲光信号的频段为f 1，第二脉冲光信号的频段为f 2。且所述第一脉冲光信号和所述第二脉冲光信号出现的时间不同。激光处理单元202可以是AOM。在一些实施例中，激光处理单元202还可以包括电光调制器(Electronic Optical Modulator，EOM)，也就是说，激光处理单元202包括AOM和EOM，其中，EOM负载对输入的脉冲光信号进行频率调制，AOM负责对输入的脉冲光信号进行脉冲调制。

所述功率调节单元203用于对两组脉冲光分别进行功率调节。具体地，对所述激光处理单元202输入的所述第一脉冲光信号进行功率调节获得第三脉冲光信号，对所述激光处理单元输入的所述第二脉冲光信号进行功率调节获得第四脉冲光信号。需要说明的是，如果测量装置利用第三脉冲光信号的瑞利散射光获得光纤的振动信息，则所述第三脉冲光信号需要满足的条件是：第三脉冲光信号的功率小于受激布里渊阈值；如果测量装置利用第四脉冲光信号的自发布里渊散射光获得光纤的温度及形变信息，则第四脉冲光信号需要满足的条件是：第四脉冲光信号的功率小于受激布里渊阈值；如果测量装置利用第四脉冲光信号的发生受激布里渊散放大获得的散射光来确定光纤的温度及形变信息，则第四脉冲光信号需要满足的条件是：第四脉冲光信号的功率大于受激布里渊阈值。

随后，功率调节单元203还可以将所述第三脉冲光信号以及所述第四脉冲光信号输入所述光耦合单元。功率调节单元203可以是半导体光放大器(Semiconductor OpticalAmplifier，SOA)或光开关(Optical Switch，OS)。在一些实施例中，功率调节单元203还可以包括掺铒光纤放大器(Erbium-Doped Fiber Amplifier，EDFA)。

所述光耦合单元204用于将脉冲光信号输入传感光纤并将脉冲光在传感光纤中产生的散射光输入数据处理单元205进行处理。具体地，将所述第三脉冲光信号以及所述第四脉冲光信号输入传感光纤中，并接收所述第三脉冲光信号在所述传感光纤中产生的第一散射光以及所述第四脉冲光信号在所述传感光纤中产生的第二散射光。另外，光耦合单元204还可以将所述第一散射光以及所述第二散射光输入所述数据处理单元205。光耦合单元可以是光耦合器或光环形器。

所述数据处理单元205用于，根据所述第一散射光获得所述传感光纤的振动信息；根据所述第二散射光获得所述传感光纤的温度以及形变信息。需要说明的是，本发明实施例中，形变信息用于指示传感光纤是否发生了形变以及形变的大小，传感光纤的形变可以是传感光纤受到应力作用形状发生变化，如：传感光纤的伸长、缩短等变化。振动信息是用于指示传感光纤是否发生了振动以及振动的强度、频率、相位等，传感光纤的振动可以是传感光纤快速动态变化的形变。

本发明实施例中，第一散射光可以是光脉冲信号在传感光纤中产生的瑞利散射光，第二散射光可以是光脉冲信号在传感光纤中产生的布里渊散射光。通常，分布式声波传感(Distributed Acoustic Sensor，DAS)技术利用瑞利散射光可以测量传感光纤的振动，分布式温度应变传感(Distributed Temperature and Strain Sensor，DTSS)技术利用布里渊散射光可以测量传感光纤的温度及形变。也就是说，测量装置可以利用DAS技术测量传感光纤的振动，测量装置还可以利用DTSS技术测量传感光纤的温度及形变，进一步，还可以根据传感光纤的振动、温度、形变来推断光纤线路外界的变化，及时识别入侵、故障等，如：利用检测装置来实现周界安防、管道检测、列车定位等。以下分别介绍DAS以及DTSS的原理：

(1)当光纤线路由于外界振动(入侵、泄露、声波等)发生扰动时，由于光弹效应，传感光纤在扰动位置的折射率将发生变化，从而导致该处的散射光的相位发生变化。同时由于光的干涉作用，散射光的相位变化引起后向瑞利散射光的强度发生变化，因此在本发明实施例中数据处理模块205可以通过探测瑞利散射光强度和相位的变化，解调出扰动信号。进一步，数据处理模块205再根据光在光纤中的传输速度与扰动信号传递时间的关系，就能对扰动信号的距离进行精确的定位。需要说明的是，DAS技术包括相敏型光时域反射仪(Φ-OTDR)技术和时间门限数字光频域反射仪(TGD-OFDR)技术。

Φ-OTDR技术中，输入传感光纤的脉冲光信号是普通的脉冲光信号，测量装置的空间分辨率受到脉冲光脉宽的影响。空间分辨率其中，c为真空中的光速，τ为脉冲光信号的脉冲宽度，n为光纤折射率。可见，为了获得高的空间分辨率，需要窄的脉冲宽度，但是脉冲宽度过窄又会使散射光变弱，降低测量装置的测量精度，因此空间分辨率和测量精度间存在制约关系。本发明实施例中，输入激光处理单元202的是连续的激光信号，激光处理单元202可以将输入的激光信号转化成周期性出现的脉冲光，一个周期内出现两个脉冲光。其中，一个脉冲光用于测量传感光纤的振动信息，一个用于测量传感光纤的温度及形变信息。激光处理单元202可以适当控制用于测量传感光纤的振动信息的脉冲光信号，使得该脉冲光信号的脉宽不会过宽或过窄，如此可以很好地均衡空间分辨率和测量精度。需要说明的是，空间分辨率是光纤传感技术中一个重要指标，指测量装置能够识别的两个测量点的最小距离。

TGD-OFDR技术中，输入传感光纤的是扫频脉冲光信号，空间分辨率由扫频范围决定。空间分辨率不再受限于脉冲宽度，测量装置的空间分辨率和测量精度间不再互相制约。

(2)当光纤线路由于外界环境产生形变或温度改变时，布里渊散射光的频移发生变化，因此通过监测传感光纤中发生的布里渊散射光的频移可以实现长距离、高精度的温度和形变传感。DTSS主要包括两类：基于自发布里渊散射光的布里渊光时域反射仪(BOTDR)和基于受激布里渊散射的布里渊光时域分析仪(BOTDA)。

BOTDR技术中，光脉冲信号注入传感光纤后自发产生布里渊散射光，测量装置通过检测该自发布里渊散射光的频移，就可以获得传感光纤上的温度/形变信息。但是自发布里渊散射光的强度很微弱，比瑞利散射光低约20dB，检测起来较为困难。

BOTDA技术中，脉冲光和扫频的连续光分别从光纤两端输入光纤，当两者的频差落在布里渊增益谱范围内时，两光束通过受激布里渊散射效应发生能量传递。通过测量传感光纤不同位置的受激布里渊散射增益谱，确定布里渊频移，就可以获得传感光纤沿线的温度/形变信息。受激布里渊散射光信号较强，测量精度比BOTDR显著提高。

本发明实施例中可以将DAS系统和DTSS系统融合在一起，DAS系统和DTSS系统共享器件，不仅可以实现低成本，还可以实现对传感光纤的振动、温度以及形变的同时测量，满足各行业对安全生产的新要求。

参考图4，数据处理单元205可以包括光电探测单元2051、数据采集单元2052以及系统控制单元2053。

具体实现中，可以通过光电探测单元2051、数据采集单元2052以及系统控制单元2053协作处理光耦合单元204输入的散射光，获得传感光纤的振动信息、温度以及形变信息。

进一步，所述光电探测单元2051用于将光信号转化成电信号，可以是光电探测器(Photo Detector，PD)或平衡探测器(Balanced Photo Detector，BPD)，也可以是相干接收机(Integrated Coherent Receiver，ICR)。具体地，接收所述光耦合单元204输入的所述第一散射光以及所述第二散射光，将所述第一散射光转化成第一电信号，将所述第二散射光转化成第二电信号；并将所述第一电信号和所述第二电信号输入所述数据采集单元2052。

所述数据采集单元2052可以是模数转化器。具体地，数据采集单元2052接收所述光电探测单元2051输入的所述第一电信号和所述第二电信号输入，将所述第一电信号转化成第一数字信号，将所述第二电信号转化成第二数字信号；并将所述第一数字信号和所述第二数字信号输入所述系统控制单元2053。

所述系统控制单元2053用于，接收所述数据采集单元输入的所述第一数字信号和所述第二数字信号，解调所述第一数字信号获得所述传感光纤的振动信息，解调所述第二数字信号获得所述传感光纤的温度以及形变信息。

参考图4，所述系统控制单元2053还可以与所述激光处理单元202以及所述功率调节单元203连接。

初始时，系统控制单元2053设置第一脉冲光信号的频段、第一脉冲光信号的脉宽、第二脉冲光信号的频段、第二脉冲光信号的脉宽、第三脉冲光信号的功率以及第四脉冲光信号的功率。并通过控制信号将第一脉冲光信号的频段、第一脉冲光信号的脉宽、第二脉冲光信号的频段、第二脉冲光信号的脉宽通知给激光处理单元202，以便激光处理单元202生成相应脉宽、频段的脉冲光信号。通过控制信号将第三脉冲光信号的功率以及第四脉冲光信号的功率通知给功率调节单元203，以便功率调节单元203获得相应功率的脉冲光信号。

进一步，系统控制单元2053还可以根据所获得的传感光纤的振动信息更新第一脉冲光信号的频段、脉宽以及第三脉冲光信号的功率；根据获得的传感光纤的温度以及形变信息，第二脉冲光信号的频段、脉宽以及第四脉冲光信号的功率。具体地，系统控制单元2053可以对获得的振动信息进行分析，如果振动信息的准确度较低，则可以更新当前的第一脉冲光的脉宽、频段，以及当前的第三脉冲光信号的功率。系统控制单元2053也可以对获得的形变信息(或温度)进行分析，如果振动信息(或温度)的准确度较低，则可以更新当前的第二脉冲光的脉宽、频段，以及当前的第四脉冲光信号的功率。需要说明的是，本发明实施例中信息(如：光纤的振动信息、形变信息、温度)的准确度指的是与传感光纤实际外界环境的接近程度，信息越能体现传感光纤实际的外界环境，信息的准确度就越高。

进一步，系统控制单元2053向所述激光处理单元202发送第一控制信号指示更新后的第一脉冲光信号的频段、更新后的第一脉冲光信号的脉宽、更新后的第二脉冲光信号的脉宽以及更新后的第二脉冲光信号的频段，以便激光处理单元202可以根据系统控制单元2053的指示将激光信号调制成特定频段、特定脉宽的脉冲光信号，进而数据处理单元205可以根据脉冲光信号产生的瑞利散射光获得准确度较高的振动信息。另外，系统控制单元2053还可以向所述功率调节单元203发送第二控制信号指示更新后的第三脉冲光信号的功率以及更新后的第四脉冲光信号的功率，功率调节单元203还可以根据系统控制单元2053所指示的功率调节接收到的脉冲光信号。

当然，如果对振动信息进行分析之后确定振动信息的准确度较高，系统控制单元2053也可以对当前的配置不做更新，如：不更新当前的第一脉冲光的脉宽、频段，以及当前的第三脉冲光信号的功率。同样，如果对形变信息(或温度)进行分析之后确定形变信息(或温度)的准确度较高，系统控制单元2053也可以对当前的配置不做更新，如：不更新当前的第二脉冲光的脉宽、频段，以及当前的第四脉冲光信号的功率。

图2或图4所示的测量装置中，激光处理单元202可以将输入的连续激光信号转化成频段差异较大的两个脉冲光信号，如此，数据处理单元205可以将两个脉冲光信号产生的第一散射光区分开来，同样可以区分这两个脉冲光信号产生的第二散射光，进而数据处理单元205可以解调其中一个脉冲光信号产生的获得传感光纤的振动信息，解调另外一个脉冲光信号产生的第二散射光获得传感光纤的温度以及形变信息。

在一些实施例中，还可以引入相干检测技术，可以利用分束器将激光信号分成两路，一路用于输入传感光纤产生第一散射光和第二散射光，一路用于对第一散射光和第二散射光进行相干检测，以确保数据处理单元205可以对第一散射光和第二散射光分别进行解调。

具体地，参考图5，所述测量装置还包括第一激光分束单元206，激光分束单元206可以是分束镜或光耦合器。所述第一激光分束单元206与所述激光发射单元201以及所述激光处理单元连接202。

具体实现中，第一激光分束单元206用于，将所述激光发射单元201产生的激光信号分为第一激光信号和第二激光信号，第一激光分束单元206分出的第一激光信号产生散射光，因此第一激光分束单元206可以将所述第一激光信号输入所述激光处理单元202。第二激光信号作为相干检测的本振光，用于对散射光进行相干检测。

所述激光处理单元202还用于，将所述第一激光信号转化成所述脉冲光信号，并将所述脉冲光信号输入所述功率调节单元203。

第一激光分束单元206分出的第二激光信号用于对散射光进行相干检测，因此所述第一激光分束单元206还可以将所述第二激光信号输入所述数据处理单元205。

数据处理单元205还用于，根据第一激光分束单元206输入的第二激光信号对光耦合单元204输入的第一散射光和光耦合单元204输入的第二散射光进行相干检测。第三脉冲光信号产生的瑞利散射光和第四脉冲光信号产生的布里渊散射光本身在光频段上就有差异(～11GHz)，所谓的相干检测指的是将这两种散射光和本振光进行干涉，用光电探测器接收干涉后的光信号，光电探测器可以将接收到的光信号转换为电信号，并且两种散射光对应的两种电信号在电频段上产生差异，可以在直接区分这两种电信号。或者，也可以利用模数转换器将这两种电信号转换为两种数字信号，可以在数字域上区分这两种数字信号。

也就是说，数据处理单元205还可以根据相干检测后的光信号得到传感光纤的信息。具体地，根据所述第一散射光相干检测后得到的光信号的强度和/或相位获得所述传感光纤的振动信息，根据所述第二散射光相干检测后得到的光信号的强度和/或频移获得所述传感光纤的温度以及所述传感光纤的形变信息。需要说明的是，本发明实施例中的第一散射光可以是瑞利散射光，第二散射光可以是自发布里渊散射光，也可以是发生受激布里渊放大获得的散射光。

具体地，参考图6，第一激光分束单元206可以将第二激光信号输入所述数据处理单元205中的光电探测单元2051，光电探测单元2051可以根据第二激光信号对光耦合单元204输入的第一散射光和第二散射光进行相干检测，并将相干检测后的光信号转化成电信号输入数据采集单元2052，数据采集单元2052可以将光电探测单元2051输入的电信号转化成数字信号输入系统控制单元2053，系统控制单元2053解调数字信号获得所述传感光纤的振动信息、所述传感光纤的温度以及形变信息。

在一些实施例中，还可以将DAS中的Φ-OTDR技术与DTSS中的BOTDA技术融合在一起监测传感光纤的信息，或，将DAS中的TGD-OFDR与DTSS中的BOTDA技术融合在一起监测传感光纤的信息。由于DTSS中的BOTDA技术利用的是受激布里渊散射放大，散射光的强度大大提高，进而大大提高了测量距离、空间分辨率和测量精度。

具体地，参考图7，所述测量装置包括激光发射单元201、激光处理单元202、功率调节单元203、光耦合单元204、数据处理单元205、第一激光分束单元206、第二激光分束单元207以及扫频处理单元208。参考图7，所述第一激光分束单元206与所述激光发射单元201连接，所述第二激光分束单元207与所述第一激光分束单元206连接，所述扫频处理单元208与所述第二激光分束单元207以及所述传感光纤连接。

同样，第一激光分束单元206可以将所述激光发射单元201产生的激光分为第一激光信号和第二激光信号，并将所述第一激光信号输入所述激光处理单元202。进一步，激光处理单元202还可以将所述第一激光信号转化成所述脉冲光信号，并将所述脉冲光信号输入所述功率调节单元203获得功率小于受激布里渊阈值的第三脉冲光信号和功率大于受激布里渊阈值的第四脉冲光，第三脉冲光信号作为探测光。随后，所述第三脉冲光信号输入传感光纤产生第一散射光。

所述第一激光分束单元206还用于，将所述第二激光信号输入所述第二激光分束单元207。

所述第二激光分束单元207用于，接收所述第一激光分束单元206输入的所述第二激光信号，将所述第二激光信号分为第三激光信号和第四激光信号，将所述第三激光信号输入所述扫频处理单元208，将所述第四激光信号输入所述数据处理单元205。其中，第四激光信号作为相干检测的本振光，用于对散射光进行相干检测，以区分不同的散射光，如：瑞利散射光和布里渊散射光。

所述扫频处理单元208用于，接收所述第二激光分束单元207输入的所述第三激光信号，对所述第三激光信号进行扫频处理，将扫频处理后获得的探测光输入所述传感光纤，随后，探测光与第四脉冲光信号在所述传感光纤中发生受激布里渊散射放大获得第二散射光。需要说明的是，扫描处理指的是控制第三激光信号的频率在一定范围内扫动，如：不同时刻，第三激光信号的频率不同，但始终保持在一个指定的范围内。

所述光耦合单元204还用于，接收所述探测光与所述第四脉冲光信号在所述传感光纤中发生受激布里渊散射放大所获得的所述第二散射光以及所述第三脉冲光信号在所述传感光纤产生的所述第一散射光。并将第一散射光和第二散射光输入数据处理单元205。

所述数据处理单元205还用于，根据所述第二激光分束单元输入的所述第四激光信号对所述光耦合单元输入204的所述第一散射光和所述第二散射光进行相干检测，根据所述第一散射光相干检测后得到的光信号的强度和/或相位获得所述传感光纤的振动信息，根据所述第二散射光相干检测后得到的光信号的频移获得所述传感光纤的温度以及所述传感光纤的形变信息。

在一些实施例中，测量装置将DAS技术与DTSS中的BOTDA技术融合在一起监测传感光纤的信息时，也可以不引入本振光对散射光进行相干检测，而是直接检测散射光获得传感光纤的信息。如图8所示，所述测量装置包括激光发射单元201、激光处理单元202、功率调节单元203、光耦合单元204、数据处理单元205、第一激光分束单元206以及扫频处理单元208。参考图8，所述第一激光分束单元206与所述激光发射单元201连接，所述扫频处理单元208与所述第一激光分束单元206以及所述传感光纤连接。

同样，第一激光分束单元206可以将所述激光发射单元201产生的激光分为第一激光信号和第二激光信号，并将所述第一激光信号输入所述激光处理单元202。进一步，激光处理单元202还可以将所述第一激光信号转化成所述脉冲光信号，并将所述脉冲光信号输入所述功率调节单元203获得第三脉冲光信号和第四脉冲光，其中，第三脉冲光信号是探测光。随后，所述第三脉冲光信号输入传感光纤产生第一散射光。

所述第一激光分束单元206还可以将所述第二激光信号输入所述扫频处理单元208。

所述扫频处理单元208用于，接收所述第二激光信号，对所述第二激光信号进行扫频处理，将扫频处理后获得的探测光输入所述传感光纤，随后，探测光与第四脉冲光信号在所述传感光纤中发生受激布里渊散射放大获得第二散射光。

所述光耦合单元204还用于，接收所述探测光与所述第四脉冲光信号在所述传感光纤中发生受激布里渊散射放大所获得的所述第二散射光以及所述第三脉冲光信号在所述传感光纤产生的所述第一散射光。并将第一散射光和第二散射光输入数据处理单元205。

所述数据处理单元205还用于，根据第一散射光获得传感光纤的振动信息，根据第二散射光获得传感光纤的温度、形变信息。

具体实现中，所述功率调节单元203可以为半导体光放大器(SemiconductorOptical Amplifier，SOA)或光开关(Optical Switch，OS)。在一些实施例中，所述功率调节单元203还包括掺饵光纤放大器(Erbium-Doped Fiber Amplifier，EDFA)。

另外，所述激光处理单元包括声光调制器(Acoustic Optical Modulator，AOM)。在一些实施例中，所述激光处理单元203还包括电光调制器(Electronic OpticalModulator，EOM)。扫频单元208可以包括电光调制器2081和微波发生器2082。

本发明实施例还提供一种测量装置，如图9所示，所述装置利用DAS和DTSS中的BOTDR技术测量传感光纤的信息。该装置包括如下器件：激光发射单元201、激光处理单元202、功率调节单元203、光耦合单元204、光电探测单元2051、数据采集单元2052、系统控制单元2053、激光分束单元206以及波形发生单元209。

其中，波形发生单元209与激光处理单元202和系统控制单元2053连接。具体实现中，波形发生单元209用于根据系统控制单元2053的控制，产生指定波形，实现对激光处理单元202产生的脉冲光信号的频率调制和脉冲调制。

首先，激光发射单元201产生的窄线宽激光，通过激光分束单元206分为两路，一路作为该装置的探测光，一路作为后续相干检测的本振光。

具体地，探测光经过激光处理单元202在一个周期内不同时刻产生两个不同频移(或频段)的脉冲光信号。需要说明的是，如果激光处理单元202产生的脉冲光如图3所示，则该装置可以将一个周期内的一个脉冲光信号应用于Φ-OTDR技术，测量传感光纤的振动信息，还可以将另一个脉冲光信号应用于BOTDR技术，测量传感光纤的温度、形变信息。如果激光处理单元202产生的脉冲光如图10所示，则该装置可以将一个周期内的一个脉冲光信号应用于TGD-OFDR技术，测量传感光纤的振动信息，还可以将另一个脉冲光信号应用于BOTDR技术，测量传感光纤的温度、形变信息。

激光处理单元202将上述两个脉冲光信号输入功率调节单元203，功率调节单元203可以根据两组脉冲光信号的不同功能，如用于Φ-OTDR技术(TGD-OFDR技术)还是用于BOTDR技术)，对脉冲光信号的功率分别进行独立优化调节。

随后，经过功率调节单元203进行功率调节后的探测光(两个脉冲光信号)通过光耦合单元204进入传感光纤，在传感光纤的不同位置产生后向瑞利散射光和自发布里渊散射光，随后，后向瑞利散射光和自发布里渊散射光又通过光耦合单元204进入光电探测单元2051。

本振光在光电探测单元2051对光耦合单元204输入的散射光进行相干检测，转化成两个电信号，然后光电探测单元2051将这两个电信号输入数据采集单元2052。数据采集单元2052可以将这两个电信号转化成数字信号，并输入系统控制单元2053。需要说明的是，光耦合单元204输入传感光纤的两个脉冲光信号都可以产生瑞利散射和布里渊散射，也就是说光耦合单元204输入光电探测单元2051的是第三脉冲光信号产生的瑞利散射和布里渊散射，以及第四脉冲光信号产生的瑞利散射和布里渊散射。但是，由于瑞利散射光和布里渊散射光在频率上相差11GHz完全错开，光电探测单元204可以很容易地区分同一个脉冲光信号产生的瑞利散射光和布里渊散射光，又由于这两个脉冲光信号(即本发明实施例所述的第三脉冲光信号和第四脉冲光信号)的频段不同，因此光电探测单元2051也可以区分第三脉冲光信号产生的瑞利散射光和第四脉冲光产生的布里渊散射光。另外，系统控制单元2053也可以区分瑞利散射光和布里渊散射光分别对应的数字信号，并通过算法处理，分别解调出传感光纤的振动信息、温度以及形变信息。

需要说明的是，系统控制单元2053需要激光处理单元202，使其在一个周期内的不同时刻产生两组不同频率(或频移)的脉冲光信号；另外还需控制功率调节单元203，使其对两组脉冲光信号独立进行功率调节。示例的，DTSS和DAS对脉冲光信号的峰值功率有不同要求，如果脉冲光信号应用于DAS测量传感光纤振动信息，功率调节单元203可以将该脉冲光信号的峰值功率控制在受激布里渊阈值以下，如果脉冲光信号应用于DTSS的BOTDR来测量传感光纤温度/形变信息，功率调节单元203可以将该第四脉冲光信号的峰值功率控制在受激布里渊阈值以下。

可见，本发明实施例可以实现传感光纤的动态振动、静态温度以及形变的同时测量，并且最大程度地实现了光电器件的共享，大大降低了成本。同时利用激光处理单元202以及功率调节单元203，实现了对两组脉冲光信号的独立优化调节。

本发明实施例还提供一种测量装置，如图11所示，所述装置利用DAS和DTSS中的BOTDA技术测量传感光纤的信息。该装置包括如下器件：激光发射单元201、激光处理单元202、功率调节单元203、光耦合单元204、光电探测单元2051、数据采集单元2052、系统控制单元2053、激光分束单元206、激光分束单元207、电光调制器2081、微波发生器2082、波形发生单元209以及偏振控制单元210。

其中，电光调制器2081可以将将输入的连续探测光调制成在布里渊频移附近的扫频探测光。

微波发生器2082可以产生微波信号调制电光调制器2081，实现电光调制器2081的扫频功能。

偏振控制单元210可以控制扫频探测光的偏振态。具体实现中，偏振控制单元210可以包括扰偏器(Polarization Scramble，PS)或偏振开关(Polarization Switch，PSW)。

首先，激光发射单元201产生窄线宽激光信号，并通过激光分束单元206将激光信号分为两路，第一路激光信号作为DAS的探测光(即本发明实施例所述的第三脉冲光信号)以便后续在传感光纤中产生后向瑞利散射光(即本发明实施例所述的第一散射光)，第一路激光信号还作为BOTDA的泵浦光(即本发明实施例所述的第四脉冲光信号)以便后续在传感光纤中与扫频探测光发生受激布里渊效应。第二路激光信号可以作为相干检测的本振光(即本发明实施例所述的第四激光信号)后续对产生的散射光进行相干检测，第二路激光信号还可以作为BOTDA的连续探测光(即本发明实施例所述的第三激光信号)，后续与BOTDA的泵浦光在传感光纤中发生受激布里渊散射放大获得第二散射光。

第一路激光信号经过激光处理单元202，在一个周期内不同时刻产生两个不同频移(或频段)的脉冲光信号(即本发明实施例所述的第一脉冲光信号以及第二脉冲光信号)。如果产生的脉冲光信号如图3所示，则这两个脉冲光信号中的一个脉冲光信号应用于Φ-OTDR测量传感光纤的振动信息，另一个脉冲光信号应用于BOTDA测量传感光纤的温度和形变信息；如果产生的脉冲光信号如图10所示，则这两个脉冲光信号中的一个脉冲光信号应用于TGD-OFDR测量传感光纤的振动信息，另一个脉冲光信号应用于BOTDA测量传感光纤的温度和形变信息。

激光处理单元202将这两个脉冲光信号输入功率调节单元203，根据两个脉冲光信号的不同功能，分别对脉冲光信号的功率进行独立优化调节。示例的，DTSS和DAS对脉冲光信号的峰值功率有不同要求，如果脉冲光信号(即本发明实施例所述的第三脉冲光信号)应用于DAS测量传感光纤振动信息，功率调节单元203可以将该脉冲光信号的峰值功率控制在受激布里渊阈值以下，如果脉冲光信号(即本发明实施例所述的第四脉冲光信号)应用于DTSS的BOTDA来测量传感光纤温度/形变信息，功率调节单元203可以将该脉冲光信号的峰值功率控制在受激布里渊阈值以上。也就是说，第三脉冲光信号的功率小于受激布里渊阈值，第四脉冲光信号的功率大于受激布里渊阈值。

功率调节单元203将调节后的脉冲光信号(即本发明实施例所述的第三脉冲光信号和第四脉冲光信号)可以通过光耦合单元204进入传感光纤，DAS探测光(即本发明实施例所述的第三脉冲光信号)在光纤不同位置产生后向瑞利散射。

另外，激光分束单元207可以将第二路信号分为两路：BOTDA的连续探测光和相干检测的本振光。其中，BOTDA的连续探测光输入电光调制器2081，通过电光调制2081调制成布里渊频移附近的扫频光，即本发明实施例所述的探测光，然后经过偏振控制单元210，偏振控制单元210控制所述探测光的偏振态，并将所述探测光输入传感光纤。

随后，在传感光纤中所述探测光受到BOTDA泵浦光的受激布里渊放大，获得第二散射光。第三脉冲光信号在传感光纤中产生的瑞利散射光和所述第二散射光又通过光耦合单元输入光电探测单元2051。

本振光在光电探测单元204对光耦合单元输入的瑞利散射光和所述第二散射光进行相干检测，转化成两个电信号，然后光电探测单元204将这两个电信号输入数据采集单元2052。数据采集单元2052可以将这两个电信号转化成数字信号，并输入系统控制单元2053。由于瑞利散射光和布里渊散射光在频率上相差11GHz完全错开，因此光电探测单元204也可以区分第三脉冲光信号产生的瑞利散射光和第四脉冲光发生受激布里渊放大获得的散射光。另外，系统控制单元2053也可以区分瑞利散射光和布里渊散射光分别对应的数字信号，并通过算法处理，分别解调出传感光纤的振动信息、温度以及形变信息。

需要说明的是，系统控制单元2053需要激光处理单元202，使其在一个周期内的不同时刻产生两组不同频率(或频移)的脉冲光信号；另外还需控制功率调节单元203，使其对两组脉冲光信号独立进行功率调节。示例的，DTSS和DAS对脉冲光信号的峰值功率有不同要求，如果脉冲光信号应用于DAS测量传感光纤振动信息，功率调节单元203可以将该脉冲光信号的峰值功率控制在受激布里渊阈值以下，如果脉冲光信号应用于DTSS的BOTDA来测量传感光纤温度/形变信息，功率调节单元203可以将该脉冲光信号的峰值功率控制在受激布里渊阈值以上。

图11所示的测量装置融合了可以将DAS中的Φ-OTDR与DTSS中的BOTDA技术，实现动态振动和静态温度/应变的同时测量。另外，该装置实现了光电器件最大程度的共享，大大降低了成本。利用功率调节单元可以实现对脉冲功率的独立优化调节。由于采用DTSS中的BOTDA技术，测量距离、空间分辨率和测量精度大大提高。

本发明实施例还提供一种测量方法，该方法可以应用于本发明实施例所述的测量装置，如图12所示，所述方法包括以下步骤：

1201、测量装置产生激光信号并将激光信号转化成周期性出现的脉冲光信号。其中，所述脉冲光信号包括第一脉冲光信号和第二脉冲光信号，第一脉冲光信号和第二脉冲光信号的频段不同，且第一脉冲光信号和第二脉冲光信号出现的时间不同。

需要说明的是，测量装置所产生的第一脉冲光信号和第二脉冲光信号可以是图3所示的脉冲光信号，也可以是图10所示的脉冲光信号。

如果测量装置产生的脉冲光如图3所示，则该装置可以将一个周期内的一个脉冲光信号应用于Φ-OTDR技术，测量传感光纤的振动信息，还可以将另一个脉冲光信号应用于BOTDR技术，测量传感光纤的温度、形变信息。如果测量装置产生的脉冲光如图9所示，则该装置可以将一个周期内的一个脉冲光信号应用于TGD-OFDR技术，测量传感光纤的振动信息，还可以将另一个脉冲光信号应用于BOTDR技术，测量传感光纤的温度、形变信息。

或者，如果测量装置产生的脉冲光信号如图10所示，则这两个脉冲光信号中的一个脉冲光信号应用于Φ-OTDR测量传感光纤的振动信息，另一个脉冲光信号应用于BOTDA测量传感光纤的温度和形变信息；如果测量装置产生的脉冲光信号如图9所示，则这两个脉冲光信号中的一个脉冲光信号应用于TGD-OFDR测量传感光纤的振动信息，另一个脉冲光信号应用于BOTDA测量传感光纤的温度和形变信息。

1202、测量装置对所述第一脉冲光信号进行功率调节获得第三脉冲光信号，对所述第二脉冲光信号进行功率调节获得第四脉冲光信号，将所述第三脉冲光信号以及所述第四脉冲光信号输入传感光纤中。所述第三脉冲光的功率小于受激布里渊阈值且所述第四脉冲光的功率大于所述受激布里渊阈值，或，所述第三脉冲光的功率和所述第四脉冲光的功率均小于受激布里渊阈值。

具体实现中，第一脉冲光信号应用于DAS测量传感光纤的振动信息，第二脉冲光信号应用于DTSS测量传感光纤的温度、形变信息。

示例的，DTSS和DAS对脉冲光信号的峰值功率有不同要求，如果脉冲光信号应用于DAS测量传感光纤振动信息，测量装置可以将该脉冲光信号的峰值功率控制在受激布里渊阈值以下，即第三脉冲光信号的功率小于受激布里渊阈值；如果脉冲光信号应用于DTSS的BOTDR来测量传感光纤温度/形变信息，测量装置可以将该脉冲光信号的峰值功率控制在受激布里渊阈值以下，即第四脉冲光信号的功率小于受激布里渊阈值。如果脉冲光信号应用于DTSS的BOTDA来测量传感光纤温度/形变信息，测量装置可以将该脉冲光信号的峰值功率控制在受激布里渊阈值以上，即第四脉冲光信号的功率大于受激布里渊阈值。

1203、测量装置接收所述第三脉冲光信号在所述传感光纤中产生的第一散射光以及所述第四脉冲光信号在所述传感光纤中产生的第二散射光，根据所述第一散射光获得所述传感光纤的振动信息，根据所述第二散射光获得所述传感光纤的温度以及形变信息。

具体实现中，测量装置可以将所述第一散射光转化成第一电信号，将所述第二散射光转化成第二电信号。进一步，将所述第一电信号转化成第一数字信号，将所述第二电信号转化成第二数字信号。最终，可以解调所述第一数字信号获得所述传感光纤的振动信息，解调所述第二数字信号获得所述传感光纤的温度以及形变信息。

在一些实施例中，测量装置应用DAS测量传感光纤的振动信息时可以对散射光进行相干检测，获得更准确定的测量结果。具体地，测量装置在产生激光信号之后，将产生的激光信号分为两路：第一激光信号和第二激光信号。其中，第一激光信号作为探测光用于测量传感光纤的信息。测量装置可以将所述第一激光信号转化成周期性出现的两个脉冲光信号，随后将对两个脉冲光信号进行功率调节，并将功率调节后获得的第三脉冲光信号以及第四脉冲光信号输入传感光线中。第三脉冲光信号以及第四脉冲光信号在传感光线均可以产生瑞利散射和布里渊散射，本发明实施例中测量装置可以根据第三脉冲光信号产生的瑞利散射(即所述第一散射光)获得传感光纤的振动信息，根据第四脉冲光信号产生的布里渊(即所述第二散射光)获得传感光纤的温度、形变信息。

另外，第二激光信号作为相干检测的本振光对散射光进行相干检测，具体地：测量装置接收所述第三脉冲光信号在所述传感光纤中产生的第一散射光以及所述第四脉冲光信号在所述传感光纤中产生的第二散射光之后，根据所述第二激光信号对所述第一散射光和所述第二散射光进行相干检测，根据所述第一散射光相干检测后得到的光信号的强度和/或相位获得所述传感光纤的振动信息，根据所述第二散射光相干检测后得到的光信号的强度和/或频移获得所述传感光纤的温度以及所述传感光纤的形变信息。

在一些实施例中，测量装置还可以应用BOTDA来测量传感光纤的信息，BOTDA利用受激布里渊放大获得的散射光测量传感光纤的温度、形变信息，由于受激布里渊放大获得的散射光的强度较大，可以有效地提高测量精度。具体地，测量装置将产生的激光信号分为第一激光信号和第二激光信号。其中，第一激光信号作为DAS探测光用于测量传感光纤的振动信息。测量装置可以将所述第一激光信号转化成周期性出现的两个脉冲光信号，随后将对两个脉冲光信号进行功率调节，第三脉冲光信号的功率小于受激布里渊阈值，第四脉冲光信号的功率大于受激布里渊阈值。进一步还可以将功率调节后获得的第三脉冲光信号以及第四脉冲光信号输入传感光线中，第三脉冲光信号在传感光线均可以产生瑞利散射和布里渊散射。本发明实施例中测量装置可以根据第三脉冲光信号产生的瑞利散射(即所述第一散射光)获得传感光纤的振动信息。

测量装置还可以将所述第二激光信号分为第三激光信号和第四激光信号。进一步，对所述第三激光信号进行扫频处理，将扫频处理后获得的探测光(应用DTSS测量传感光纤温度、形变信息的探测光)输入传感光纤，随后，该探测光与测量装置输入的第四脉冲光信号在所述传感光纤中发生受激布里渊散射放大获得第二散射光。

进一步，测量装置还可以根据所述第四激光信号对所述第一散射光和所述第二散射光进行相干检测，根据所述第一散射光相干检测后得到的光信号的强度和/或相位获得所述传感光纤的振动信息，根据所述第二散射光相干检测后得到的光信号的频移获得所述传感光纤的温度以及所述传感光纤的形变信息。

在一些实施例中，测量装置还可以根据在前的测量结果对后续的测量行为进行调节，示例的，测量装置可以根据所获得的传感光纤的振动信息更新第一脉冲光信号的频段、脉宽以及第三脉冲光信号的功率；根据获得的传感光纤的温度以及形变信息，第二脉冲光信号的频段、脉宽以及第四脉冲光信号的功率。具体地，可以对获得的振动信息进行分析，如果振动信息的准确度较低，则可以更新当前的第一脉冲光的脉宽、频段，以及当前的第三脉冲光信号的功率。也可以对获得的形变信息(或温度)进行分析，如果振动信息(或温度)的准确度较低，则可以更新当前的第二脉冲光的脉宽、频段，以及当前的第四脉冲光信号的功率。需要说明的是，本发明实施例中信息(如：光纤的振动信息、形变信息、温度)的准确度指的是与传感光纤实际外界环境的接近程度，信息越能体现传感光纤实际的外界环境，信息的准确度就越高。

进一步，可以根据更新后的第一脉冲光信号的频段、更新后的第一脉冲光信号的脉宽、更新后的第二脉冲光信号的脉宽以及更新后的第二脉冲光信号的频段将激光信号调制成特定频段、特定脉宽的脉冲光信号，进而可以根据脉冲光信号产生的瑞利散射光获得准确度较高的振动信息。另外，还可以根据更新后的第三脉冲光信号的功率以及更新后的第四脉冲光信号的功率对脉冲光信号进行功率调节。

当然，如果对振动信息进行分析之后确定振动信息的准确度较高，测量装置也可以对当前的配置不做更新，如：不更新当前的第一脉冲光的脉宽、频段，以及当前的第三脉冲光信号的功率。同样，如果对形变信息(或温度)进行分析之后确定形变信息(或温度)的准确度较高，也可以对当前的配置不做更新，如：不更新当前的第二脉冲光的脉宽、频段，以及当前的第四脉冲光信号的功率。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何在本申请揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。