CN102620857A - 基于边沿滤波法的单光子探测布里渊光时域反射仪 - Google Patents

基于边沿滤波法的单光子探测布里渊光时域反射仪 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于边沿滤波法的单光子探测布里渊光时域反射仪，包括窄线宽激光器(1)，脉冲调制器(2)，环形器(3)，传感光纤(4)，光滤波模块(5)，3dB耦合器(6)，线性边沿滤波器(7)，InGaAs/InPSPAD探测器组(8)，信号发生器(9),数据处理模块(10)和脉冲信号发生器(11)；InGaAs/InPSPAD探测器组(8)包含两个或者三个InGaAs/InP-SAPD探测器，本发明采用了具有高计数率和高灵敏度的InGaAs/InPSPAD作为探测单元，同时采用了边沿滤波法获取布里渊频移信息，数据处理模块(10)采用了时间相关单光子计数技术，突破传统探测器带宽和灵敏度的限制，能同时提高反射仪的空间分辨率和测量精度，实现温度和应变的同时传感。

Description

基于边沿滤波法的单光子探测布里渊光时域反射仪
技术领域
本发明涉及基于边沿滤波法的单光子探测布里渊光时域反射仪，尤其涉及一种采用InGaAs/InP SPAD(single photon avalanche diode,单光子雪崩二极管) 探测器探测布里渊光时域的反射仪，主要应用于光纤传感器技术领域。
背景技术
分布式光纤传感技术具有同时获取在传感光纤区域内随时间和空间变化的被测量分布信息的能力，有着广泛的应用场合。分布式温度传感器广泛应用于大型电力设备和油井的温度分布测量，大型仓库、油库、矿井和隧道的火灾防护及报警***等领域；分布式应力传感器可用于桥梁、堤坝等设施的安全检测，航空、航天飞行器等大型设备老化程度的检测等领域。光纤布里渊散射光时域反射仪(BOTDR)利用光纤自发布里渊散射光功率(或光强)和频移受光纤所处环境的温度和应力影响，通过测量背向布里渊散射信号的强度和频移可以得到光纤的温度和应变的分布情况，实现分布式温度和应变传感。为了实现长距离的传感，BOTDR一般工作在通信波段的低损耗窗。相对于其他分布式光纤传感器，BOTDR具有单端接入和能同时进行温度和应变传感的优点。
单光子探测器具有高灵敏度和无带宽限制的优点，对微弱信号具有超强的探测能力。目前单光子探测器主要有半导体硅单光子雪崩二极管(Si-SPAD)，半导体铟镓砷或磷化铟单光子雪崩二极管(InGaAs/InP-SPAD)和超导纳米线单光子探测器(SNSPD)。Si-SPAD虽然在时间抖动等方面优于InGaAs/InP-SPAD，但是Si-SPAD在通信波段无响应，常常需要进行频率上转换才能应用于通信波段，***稳定性要求较高。SNSPD虽然具有超低的暗计数率和小的抖动时间，但是需要在4k左右的超低温下工作，实用性较差。
虽然InGaAs/InP SPAD有后脉冲的问题，但是采用正弦门控或自差分技术可以很好的抑制其后脉冲效应，达到GHz量级的计数速率，InGaAs/InP SPAD可工作在-50°C左右，其暗计数率为次kHz量级，典型的时间抖动为50-100ps，探测效率可以达到40-50%，有很强的实用性。InGaAs/InP SPAD已广泛应用于量子密钥分发，量子密码，空间光通信，单光子三维雷达成像等领域。
BOTDR虽然具有便捷的单端接入的优点，但由于自发布里渊散射光强微弱，检测困难。传统BOTDR采用的是模拟探测器(即普通光电探测器)，模拟探测器由于受到等效噪声功率(NEP)和带宽的限制，对微弱的背向布里渊散射信号的探测能力有限，因此基于模拟探测器的BOTDR难以同时实现大动态范围，高测量精度和空间分辨率的测量。自发布里渊散射信号微弱，单光子探测器具有很高的探测灵敏度，因此采用单光子探测器作为探测单元将有助于提高BOTDR***的性能，但是目前尚未发现单光子探测器被应用于BOTDR的相关文献和专利。
此外，虽然单光子探测器应用于BOTDR***中可以突破传统探测器灵敏度和带宽的限制，但是单光子探测器一般只能探测到布里渊散射光强，难以获得布里渊频移信息，难以实现温度和应变的同时传感。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的缺陷，采用InGaAs/InP SPAD作为探测单元，提供一种基于边沿滤波法的单光子探测布里渊光时域反射仪，可以突破传统探测器灵敏度和带宽的限制，同时提高反射仪的空间分辨率和测量精度，可以同时实现温度和应变的同时传感。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种基于边沿滤波法的单光子探测布里渊光时域反射仪，包括窄线宽激光器、脉冲调制器、环形器、传感光纤、光滤波模块、3dB耦合器、线性边沿滤波器、InGaAs/InP SPAD 探测器组、信号发生器、数据处理模块和脉冲信号发生器；所述InGaAs/InP SPAD 探测器组包含两个InGaAs/InP-SAPD探测器，其中：
所述脉冲信号发生器产生电脉冲信号用于同步控制脉冲调制器、信号发生器和数据处理模块；
所述窄线宽激光器发出连续光，该连续光经脉冲信号发生器控制的脉冲调制器被调制成光脉冲；光脉冲通过环形器耦合进传感光纤，由传感光纤散射回的背向散射光经光滤波模块滤除背向瑞利散射信号后得到背向布里渊散射信号；
背向布里渊散射信号经3dB耦合器分成两路，第1路直接由InGaAs/InP SPAD探测器组中的第一探测器探测布里渊散射光信号；第2路经线性边沿滤波器之后由InGaAs/InP SPAD探测器组中的第二探测器探测该路的布里渊散射光信号；所述信号发生器产生正弦信号作为InGaAs/InP SPAD探测器组的门控信号；
数据处理模块进行如下处理：
首先，采用时间相关单光子计数技术将InGaAs/InP SPAD探测器组输出的电信号进行采集和处理，得到两路布里渊散射光的功率沿传感光纤的分布；
然后，分别通过所述两路布里渊散射光功率得到第1路布里渊散射光的光强I1和第2路布里渊散射光的光强I2；根据边沿滤波法，由光强I2/ I1的变化量计算得到布里渊频移变化量；同时，求得第1路布里渊散射光的光强I1与背向瑞利散射光的光强I3的比值                                               
Figure 2012100831951100002DEST_PATH_IMAGE002
；
最后，由布里渊频移变化量与温度、应变变化量的关系，以及所述比值
Figure 149511DEST_PATH_IMAGE002
与温度、应变变化量的关系，求得温度、应变的变化量，实现分布式温度和应变的同时传感。
进一步的，本发明的基于边沿滤波法的单光子探测布里渊光时域反射仪，所述光滤波模块是能将背向瑞利散射光和背向布里渊散射光分离的反射式光纤光栅、法布里-珀罗干涉仪、马赫-曾德干涉仪、或其他带宽小于瑞利散射和布里渊散射中心波长间隔的3dB窄带宽光滤波器中的一种。
进一步的，本发明的基于边沿滤波法的单光子探测布里渊光时域反射仪，所述线性边沿滤波器是具有一定单值边沿的光滤波器，布里渊散射光频移变化量与经此光滤波器后的光强变化量的关系由线性边沿滤波器的单值边沿斜率决定。
进一步的，本发明的基于边沿滤波法的单光子探测布里渊光时域反射仪，所述数据处理模块由具有时间相关的光子计数能力硬件构成。可以是高速数字示波器，或采集卡与计算机组合，或时间间隔分析仪，或多道分析仪。
本发明还提供一种基于边沿滤波法的单光子探测布里渊光时域反射仪，包括窄线宽激光器，脉冲调制器，环形器，传感光纤，光滤波模块，3dB耦合器，线性边沿滤波器，InGaAs/InP SPAD 探测器组，信号发生器,数据处理模块和脉冲信号发生器；所述InGaAs/InP SPAD 探测器组包含三个InGaAs/InP-SAPD探测器，其中：
所述脉冲信号发生器产生电脉冲信号用于同步控制脉冲调制器、信号发生器和数据处理模块；
所述窄线宽激光器发出连续光，该连续光经脉冲信号发生器控制的脉冲调制器被调制成光脉冲；光脉冲通过环形器耦合进传感光纤，由传感光纤散射回的背向散射光经光滤波模块将背向瑞利散射光和背向布里渊散射光分离；
其中所述背向布里渊散射信号经3dB耦合器分成两路，第1路直接由InGaAs/InP SPAD探测器组中的第一探测器探测布里渊散射光信号；第2路经线性边沿滤波器之后由InGaAs/InP SPAD探测器组中的第二探测器探测该路的布里渊散射光信号；所述背向瑞利散射光由InGaAs/InP SPAD探测器组中的第三探测器探测背向瑞利散射光信号；所述信号发生器产生正弦信号作为InGaAs/InP SPAD探测器组的门控信号；
数据处理模块进行如下处理：
首先，采用时间相关单光子计数技术将InGaAs/InP SPAD探测器组中第一、第二探测器输出的电信号进行采集和处理，得到两路布里渊散射光的功率沿传感光纤的分布；同时将第三探测器输出的电信号进行采集和处理，得到背向瑞利散射光的光强I3； 
然后，分别通过所述两路布里渊散射光功率得到第1路布里渊散射光的光强I1和第2路布里渊散射光的光强I2；根据边沿滤波法，由光强I2/ I1的变化量计算得到布里渊频移变化量；
最后，由布里渊频移变化量与温度、应变变化量的关系，以及布里渊散射光的光强I1与背向瑞利散射光的光强I3的比值
Figure 482403DEST_PATH_IMAGE002
与温度、应变变化量的关系，求得温度、应变的变化量，实现分布式温度和应变的同时传感。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1、本发明所述基于InGaAs/InP SPAD的BOTDR采用了结构简单体积小的InGaAs/InP SPAD作为探测单元，该探测器工作在-50°C左右，无需超低温冷却***，更适合现场的便携式应用。
2、InGaAs/InP SPAD具GHz量级的计数速率，可接受的暗计数率和小的后脉冲效应，采用时间相关单光子计数技术，InGaAs/InP SPAD有助于同时提高BOTDR的空间分辨率和测量精度，解决空间分辨率和测量精度难以同时提高的问题。
3、InGaAs/InP SPAD具有高探测灵敏度，有助于提高BOTDR的传感距离。
4、本发明采用边沿滤波法测量布里渊频移信息，可实现温度和应变的同时传感。
附图说明
图1是本发明实施例一的结构示意图。
图2是边沿滤波法示意图。
图3是本发明实施例二的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
温度和应变的解调原理如下：
①温度、应变与布里渊散射光功率的关系为：
Figure 2012100831951100002DEST_PATH_IMAGE004
                     (1)
其中
Figure 2012100831951100002DEST_PATH_IMAGE006
是无应变的参考温度下光纤的布里渊散射光功率，
Figure 2012100831951100002DEST_PATH_IMAGE008
分别是布里渊散射功率的温度系数、应变系数，和
Figure 2012100831951100002DEST_PATH_IMAGE012
分别是温度和应变的变化量。
②温度、应变与布里渊散射光强、瑞利散射光强的关系为：
Figure 2012100831951100002DEST_PATH_IMAGE014
          (2)   
其中
Figure 2012100831951100002DEST_PATH_IMAGE016
和
Figure 2012100831951100002DEST_PATH_IMAGE018
分别是无应变的参考温度下光纤的布里渊散射光强和瑞利散射光强， 
Figure 2012100831951100002DEST_PATH_IMAGE020
分别是布里渊散射光强的温度系数、应变系数。
③布里渊频移随光纤的温度和应变近似线性变化，一般可表示成为：
Figure 2012100831951100002DEST_PATH_IMAGE022
                (3)
其中，
Figure 2012100831951100002DEST_PATH_IMAGE024
是布里渊频移变化量，
Figure 2012100831951100002DEST_PATH_IMAGE026
是未知条件下光纤的布里渊频移，
Figure 2012100831951100002DEST_PATH_IMAGE028
是无应变的参考温度下光纤的布里渊频移，
Figure 2012100831951100002DEST_PATH_IMAGE030
和
Figure 2012100831951100002DEST_PATH_IMAGE032
分别是布里渊散射频移的温度系数和应变系数，式(1)至式(3)中的系数通过已知条件的实验进行标定。当这些系数标定好后，根据式(1)至式(3)可知，如果同时测量出布里渊频移和光强(或功率)的变化量，则可以得到温度和应变的变化量，实现分布式应变和温度的同时传感。
背向布里渊散射信号经InGaAs/InP SPAD探测器组8探测输出时间相关的电信号，根据时间相关单光子计数技术，数据处理模块10将电信号进行时间相关的直方图统计，激光器发出光脉冲和探测器探测到散射光的时间间隔用于计算传感光纤链路中发生散射的位置，经多次累加之后可以得到布里渊散射信号强度(或功率)沿光纤长度的分布。
布里渊频移采用边沿滤波法获得。边沿滤波法采用具有一定单值边沿的光学滤波器7，经滤波器输出的光强I与光频率
Figure 2012100831951100002DEST_PATH_IMAGE034
成线性关系，即：
Figure 2012100831951100002DEST_PATH_IMAGE036
                       (4) 
式中，k、C一般为常数，可以通过实验测定，由此可以根据光强的变化得到光频的变化。边沿滤波器7的线性单值边沿一般比较宽，可以将布里渊频谱(几百兆赫兹)视为
Figure 2012100831951100002DEST_PATH_IMAGE038
函数，令布里渊频谱处于边沿滤波器7的单值边沿上，则布里渊频移的变化将产生整体光强的变化，并且布里渊谱形一般为中心对称的洛伦兹型，频移与光强变化存在由边沿滤波器7的单值边沿斜率决定的线性关系，通过测量滤波器输出的光强变化可得到布里渊频移变化量。
本发明的方案中，从传感光纤散射回的后向散射光经光滤波模块滤除瑞利散射光后得到布里渊散射光，布里渊散射光经3dB耦合器6分成两路，第1路直接由InGaAs/InP SPAD探测器组8中的第一探测器探测布里渊散射光信号；第2路经线性边沿滤波器7之后由InGaAs/InP SPAD探测器组8中的第二探测器探测该路的布里渊散射光信号；数据处理模块10采用时间相关单光子计数技术将InGaAs/InP SPAD探测器组8输出的电信号进行采集和处理，得到两路布里渊散射光的功率沿传感光纤的分布，由数据处理模块10通过所得的两路布里渊散射光功率计算出两路布里渊散射光的光强I1和I2；其中光强I1既作为所探测的布里渊光强，也作为边沿滤波法中的参考光以抵消光源起伏造成的影响。
线性边沿滤波器的滤波函数表示为：
Figure 2012100831951100002DEST_PATH_IMAGE040
，其中A是线性滤波器7的比例系数，B是截距，这两个系数由已知条件的实验标定。考虑其滤波器的物理性质有：
Figure 2012100831951100002DEST_PATH_IMAGE042
，则可以得到：
Figure 2012100831951100002DEST_PATH_IMAGE044
，通过测量 I2/I1的变化量，可得到
Figure 2012100831951100002DEST_PATH_IMAGE046
的值，即通过测量输出光强变化，可以得到布里渊频移变化量。
实施例一：
本实施例提供一种基于边沿滤波法的单光子探测布里渊光时域反射仪。如图1所示，窄线宽激光器1发出连续光，连续光经脉冲信号发生器11控制的脉冲调制器2被调制成光脉冲，光脉冲通过环形器3耦合进传感光纤4，由传感光纤散射回的背向散射光经光滤波模块5滤除背向瑞利散射信号后得到背向布里渊散射信号，该布里渊散射信号经3dB耦合器6分成两路，第1路直接由InGaAs/InP SPAD探测器组8中的探测器1探测布里渊散射光，第2路经线性边沿滤波器7之后由InGaAs/InP SPAD探测器组8中的探测器2探测该路的布里渊散射光，最后数据处理模块10 采用时间相关单光子计数技术将InGaAs/InP SPAD探测器组8输出的电信号进行时间相关直方图统计，激光器发出光脉冲到探测器探测到散射光的时间间隔用于计算传感光纤链路中发生散射的位置，经多次累加之后可以得到两路布里渊散射光功率(或光强)沿光纤长度的分布，其中第2路测得的布里渊散射光的光强用于解调布里渊频移信息；根据温度和应变与布里渊散射信号功率和布里渊频移的关系式(1)、式(3)，实现分布式温度和应变的同时传感。
为了提高探测器的计数率和抑制后脉冲效应，一般采用正弦门控技术和自差分技术对InGaAs/InP-SAPD探测器组8进行控制。本发明采用正弦门控技术，所需的门控信号由信号发生器9产生频率为1GHz左右，功率为25~30dBm的正弦信号，正弦信号的相位由脉冲信号发生器11同步控制，InGaAs/InP-SAPD探测器组8工作在-50°C左右，可采用帕耳帖(Peltier)制冷器或其他半导体制冷技术冷却。
窄线宽激光器1为线宽为1-5MHz的分布反馈式半导体激光器(DFB)；激光器发出的连续光经脉冲调制器2调制成所需脉宽的光脉冲，所需脉宽由脉冲信号发生器11控制，脉冲信号发生器11还用于对信号发生器9和数据处理模块10进行同步控制。如果所需脉宽>500ns，脉冲调制器2采用声光调制器(具有高的消光比)；如果所需脉宽在几纳秒-几百纳秒，脉冲调制器2一般采用电光调制器，由于电光调制器对光的偏振态有依赖，所以在连续光进入电光调制器之前需采用偏振控制器控制入射光的偏振态，减小偏振态的影响；所调制的光脉冲要求其消光比应大于35dB，避免连续光基底对探测信号的影响。
经脉冲调制器2调制所得到的光脉冲通过环形器3耦合进传感光纤4，从传感光纤4散射回的瑞利散射光和布里渊散射光经环形器3第三端口进入光滤波模块5。光滤波模块5具有将布里渊散射光信号从总的背向散射信号中分离出来的功能，可以是反射式光纤光栅、法布里-珀罗(Fabry-Perot)干涉仪、马赫曾德(Mach-Zehnder)干涉仪，窄带宽(3dB带宽小于瑞利散射和布里渊散射中心波长间隔)的其他光滤波器。
布里渊频移变化量可以通过边沿滤波法得到，边沿滤波法的原理如图2所示，通过测量 I2/I1的变化量，可得到 
Figure 314353DEST_PATH_IMAGE046
的值，即通过测量输出光强的变化，可以得到布里渊频移的变化量。利用所测得的布里渊散射光功率和布里渊频移信息，根据
Figure 74499DEST_PATH_IMAGE004
和
Figure 2012100831951100002DEST_PATH_IMAGE048
可以同时解调出沿传感光纤的温度和应变信息，实现分布式应变和温度的同时传感。
利用所测得的布里渊光功率和由边沿滤波法获得的布里渊频移信息，基于边沿滤波法的单光子探测布里渊光时域反射仪可以实现分布式温度和应变的同时传感。由于InGaAs/InP-SAPD探测器组8同时具有探测速率高、量子效率高、暗计数低与后脉冲概率小以及结构紧凑、无超低温要求、成本低等优点，所以采用InGaAs/InP-SAPD探测器组8作为探测单元，有助于BOTDR同时获得更大的动态范围、更高的空间分辨率和测量精度，更适合便携式应用。
实施例二：
本实施例提供另一种基于边沿滤波法的单光子探测布里渊光时域反射仪，其结构如图3所示，与图1结构的反射仪相比，不同之处在于：在光滤波模块5要求能将背向瑞利散射光和背向布里渊散射光分离，InGaAs/InP-SAPD探测器组8包含三个InGaAs/InP-SAPD探测器，能同时对瑞利散射光和布里渊散射光进行探测。光滤波模块5将背向瑞利散射光和布里渊散射光分离后，背向布里渊散射光经3dB耦合器6分成两路，一路直接由InGaAs/InP SPAD探测器组8中的探测器1探测得到光强I1，另一路经线性边沿滤波器7之后由InGaAs/InP SPAD探测器组8中的探测器2探测其光强I2；背向瑞利散射光则由InGaAs/InP SPAD探测器组8中的探测器3探测其光强I3；根据
Figure 86405DEST_PATH_IMAGE044
，I2/I1的变化量用于计算布里渊频移的变化量，I1/I3为布里渊散射光强和瑞利散射光强的比值
Figure 222989DEST_PATH_IMAGE002
，则沿传感光纤(4)的温度和应变信息通过
Figure 829550DEST_PATH_IMAGE014
和进行解调，实现分布式的应变和温度传感。这种方法具有减小光纤的弯曲损耗、连接头、耦合、输入激光强度的波动以及脉冲宽度的波动等因素导致散射光强度变化的影响的优点，得到更加准确的测量结果。
虽然本发明通过具体实施例进行了描述，但具体实施例和附图并非用来限定本发明。本领域技术人员可在本发明的精神的范围内，做出各种变形和改进，但均应落入本发明所公开的技术内容保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于边沿滤波法的单光子探测布里渊光时域反射仪，其特征在于：包括窄线宽激光器(1)、脉冲调制器(2)、环形器(3)、传感光纤(4)、光滤波模块(5)、3dB耦合器(6)、线性边沿滤波器(7)、InGaAs/InP SPAD 探测器组(8)、信号发生器(9)、数据处理模块(10)和脉冲信号发生器(11)；所述InGaAs/InP SPAD 探测器组(8)包含两个InGaAs/InP-SAPD探测器，其中：
所述脉冲信号发生器(11)产生电脉冲信号用于同步控制脉冲调制器(2)、信号发生器(9)和数据处理模块(10)；
所述窄线宽激光器(1)发出连续光，该连续光经脉冲信号发生器(11)控制的脉冲调制器(2)被调制成光脉冲；光脉冲通过环形器(3)耦合进传感光纤(4)，由传感光纤(4)散射回的背向散射光经光滤波模块(5)滤除背向瑞利散射信号后得到背向布里渊散射信号；
背向布里渊散射信号经3dB耦合器(6)分成两路，第1路直接由InGaAs/InP SPAD探测器组(8)中的第一探测器探测布里渊散射光信号；第2路经线性边沿滤波器(7)之后由InGaAs/InP SPAD探测器组(8)中的第二探测器探测该路的布里渊散射光信号；所述信号发生器(9)产生正弦信号作为InGaAs/InP SPAD探测器组(8)的门控信号；
数据处理模块(10)进行如下处理：
首先，采用时间相关单光子计数技术将InGaAs/InP SPAD探测器组(8)输出的电信号进行采集和处理，得到两路布里渊散射光的功率沿传感光纤的分布；
然后，分别通过所述两路布里渊散射光功率得到第1路布里渊散射光的光强I1和和第2路布里渊散射光的光强I2；根据边沿滤波法，由光强I2/ I1的变化量计算得到布里渊频移变化量；
最后，由布里渊频移变化量与温度、应变变化量的关系，以及第1路测得的布里渊散射光功率与温度、应变变化量的关系，求得温度、应变的变化量，实现分布式温度和应变的同时传感。
2.根据权利要求1所述基于边沿滤波法的单光子探测布里渊光时域反射仪，其特征在于：所述光滤波模块(5)是能将背向瑞利散射光和背向布里渊散射光分离的反射式光纤光栅、法布里-珀罗干涉仪、马赫-曾德干涉仪、或其他带宽小于瑞利散射和布里渊散射中心波长间隔的3dB窄带宽光滤波器中的一种。
3.根据权利要求1所述基于边沿滤波法的单光子探测布里渊光时域反射仪，其特征在于：所述线性边沿滤波器(7)是具有一定单值边沿的光滤波器，布里渊散射光频移变化量与经此光滤波器后的光强变化量的关系由线性边沿滤波器(7)的单值边沿斜率决定。
4.根据权利要求1所述基于边沿滤波法的单光子探测布里渊光时域反射仪，其特征在于：所述数据处理模块(10)由具有时间相关的光子计数能力硬件构成。
5.根据权利要求4所述基于边沿滤波法的单光子探测布里渊光时域反射仪，其特征在于：所述数据处理模块(10)为高速数字示波器，或采集卡与计算机组合，或时间间隔分析仪，或多道分析仪。
6.一种基于边沿滤波法的单光子探测布里渊光时域反射仪，其特征在于：包括窄线宽激光器(1)，脉冲调制器(2)，环形器(3)，传感光纤(4)，光滤波模块(5)，3dB耦合器(6)，线性边沿滤波器(7)，InGaAs/InP SPAD 探测器组(8)，信号发生器(9),数据处理模块(10)和脉冲信号发生器(11)；所述InGaAs/InP SPAD 探测器组(8)包含三个InGaAs/InP-SAPD探测器，其中：
所述脉冲信号发生器(11)产生电脉冲信号用于同步控制脉冲调制器(2)、信号发生器(9)和数据处理模块(10)；
所述窄线宽激光器(1)发出连续光，该连续光经脉冲信号发生器(11)控制的脉冲调制器(2)被调制成光脉冲；光脉冲通过环形器(3)耦合进传感光纤(4)，由传感光纤(4)散射回的背向散射光经光滤波模块(5)将背向瑞利散射光和背向布里渊散射光分离；
其中所述背向布里渊散射信号经3dB耦合器(6)分成两路，第1路直接由InGaAs/InP SPAD探测器组(8)中的第一探测器探测布里渊散射光信号；第2路经线性边沿滤波器(7)之后由InGaAs/InP SPAD探测器组(8)中的第二探测器探测该路的布里渊散射光信号；所述背向瑞利散射光由InGaAs/InP SPAD探测器组（8）中的第三探测器探测背向瑞利散射光信号；所述信号发生器(9)产生正弦信号作为InGaAs/InP SPAD探测器组(8)的门控信号；
数据处理模块(10)进行如下处理：
首先，采用时间相关单光子计数技术将InGaAs/InP SPAD探测器组(8)中第一、第二探测器输出的电信号进行采集和处理，得到两路布里渊散射光的功率沿传感光纤的分布；同时将第三探测器输出的电信号进行采集和处理，得到背向瑞利散射光的光强I3； 
然后，分别通过所述两路布里渊散射光功率得到第1路布里渊散射光的光强I1和第2路布里渊散射光的光强I2；根据边沿滤波法，由光强I2/ I1的变化量计算得到布里渊频移变化量；同时，求得第1路布里渊散射光的光强I1与背向瑞利散射光的光强I3的比值                                               
Figure 436642DEST_PATH_IMAGE002
；
最后，由布里渊频移变化量与温度、应变变化量的关系，以及所述比值
Figure 291465DEST_PATH_IMAGE002
与温度、应变变化量的关系，求得温度、应变的变化量，实现分布式温度和应变的同时传感。
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