專利名稱：一種超長(zhǎng)距離分布式光纖傳感裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及分布式光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及長(zhǎng)距離分布式光纖溫度、振 動(dòng)傳感技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
分布式光纖傳感裝置基于光線背向散射原理，當(dāng)激光脈沖在光纖中傳輸時(shí)，光纖 中會(huì)不斷產(chǎn)生拉曼散射(斯托克斯、反斯托克斯)、瑞利散射及布里淵散射等散射光，其中 一部分會(huì)反方向傳輸?shù)健霸搭^”，我們稱這部分散射光為“背向散射光”。散射光信號(hào)比較弱， 需要高靈敏度光電探測(cè)器和放大電路才能接收到。在分布式光纖傳感裝置中，散射信號(hào)強(qiáng)度隨著探測(cè)距離的增加呈指數(shù)關(guān)系下降， 在不降低裝置信噪比的情況下，通常有兩種方法，一是提高光源入射功率，二是提高接收電 路靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍；但實(shí)際上，光源入射功率和接收電力靈敏度及動(dòng)態(tài)范圍都是有限度 的，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足超長(zhǎng)距離探測(cè)的需求。

實(shí)用新型內(nèi)容為了克服上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供一種超長(zhǎng)距離分布式光纖傳感裝置。本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種超長(zhǎng)距離分布式光纖傳感裝置，采用多級(jí) 中繼放大模塊，每級(jí)中繼放大模塊包括兩個(gè)光纖耦合器、一個(gè)分光濾光器件和一個(gè)光無(wú)源 模塊；大功率脈沖光源發(fā)出的脈沖光經(jīng)光纖耦合器的分光將探測(cè)所需的脈沖光輸入第一級(jí) 分光濾光器件，其余脈沖光通過(guò)傳輸光纖輸入第二級(jí)光纖耦合器，泵浦光源發(fā)出的泵浦光 經(jīng)光纖耦合器分光后將所需的泵浦光輸入光無(wú)源模塊為其提供能量，其余泵浦光輸入第二 級(jí)對(duì)應(yīng)的光纖耦合器；級(jí)與級(jí)之間分離脈沖光的光纖耦合器和分離泵浦光的光纖耦合器 分別通過(guò)一根傳輸光纖相連，級(jí)與級(jí)之間光無(wú)源模塊和分光濾光器件通過(guò)一根探測(cè)光纖相 連。所述的中繼放大模塊作為一個(gè)整體，嵌入兩段探測(cè)光纜的連接處。大功率脈沖光源發(fā)出的脈沖光經(jīng)第一級(jí)光纖耦合器分光后，所需的脈沖光進(jìn)入第 一級(jí)的分光濾光器件，經(jīng)過(guò)光無(wú)源模塊進(jìn)入隔離器，泵浦光源的光經(jīng)過(guò)另一光纖耦合器分 光，將所需的泵浦光輸入光無(wú)源模塊用以提供能量，第一級(jí)兩個(gè)光纖耦合器將剩余的脈沖 光和泵浦光分別輸入第二級(jí)的兩個(gè)光纖耦合器，第二級(jí)的兩個(gè)光纖耦合器同樣按照比例將 裝置所需的脈沖光和泵浦光輸入第二級(jí)分光濾光器件和光無(wú)源模塊，剩余光輸入第三級(jí)的 兩個(gè)光纖耦合器，依次向下傳輸。光在光纖中傳輸時(shí)產(chǎn)生的后向散射光沿傳感光纖后向傳 輸，至各級(jí)中繼放大模塊時(shí)經(jīng)EDFA放大、分光濾光器件的濾光分離得到需要的各種后向散 射光，從而完成后向散射光的提取，提取出的后向散射光進(jìn)入裝置主機(jī)的處理系統(tǒng)，完成分 布式光纖傳感裝置的信號(hào)處理工作。所述的第二級(jí)中繼放大模塊開(kāi)始，每級(jí)中繼放大模塊前增加一個(gè)隔離器，一端連 接探測(cè)光纖，一端連接分光濾光器件，只能允許后向散射光向前傳輸，從而防止上一級(jí)的光脈沖對(duì)下一級(jí)產(chǎn)生影響，導(dǎo)致下一級(jí)可能同時(shí)出現(xiàn)多個(gè)脈沖光的情形。大功率脈沖光源用于產(chǎn)生大功率脈沖光源，所述大功率脈沖光源經(jīng)過(guò)多個(gè)耦合器 間隔一定長(zhǎng)度注入傳感光纜，從而提高超大長(zhǎng)度系統(tǒng)信噪比；光纖耦合器用于脈沖光源和泵浦光源的分配；所述的每一級(jí)的兩個(gè)光纖耦合器， 輸出端的分光比可以根據(jù)光源的功率和需要探測(cè)的長(zhǎng)度計(jì)算設(shè)定。所述的分光濾光器件可以為波分復(fù)用器、光纖耦合器或者環(huán)形器等能把探測(cè)脈 沖引入探測(cè)光纜，同時(shí)能過(guò)濾所需后向散射光的器件。泵浦光源用于光無(wú)源模塊的泵浦光源，是光無(wú)源模塊的能量來(lái)源，通過(guò)EDFA將其 能量轉(zhuǎn)化到后向散射光信號(hào)上；分光濾光器件用于將脈沖光引入到探測(cè)光纜中，同時(shí)將需要分離的后向散射光過(guò) 濾出來(lái)。EDFA是標(biāo)準(zhǔn)摻鉺光纖光大器的簡(jiǎn)化形式，主要是其中的無(wú)源部分，而將有源部分 提到了最前端，從而實(shí)現(xiàn)中繼放大的無(wú)源放大；續(xù)接接口用于裝置擴(kuò)展，從而可以接入更長(zhǎng)的探測(cè)光纜；處理系統(tǒng)用于光散射信號(hào)的接收、放大及處理。所述的光無(wú)源模塊可以為摻鉺光纖放大器。本實(shí)用新型所述的超長(zhǎng)距離分布式光纖傳感裝置的優(yōu)點(diǎn)在于大功率脈沖光源通 過(guò)多個(gè)光纖耦合器的按比例分配及傳輸光纖的傳輸，分級(jí)進(jìn)入探測(cè)光纖，定長(zhǎng)度實(shí)現(xiàn)探測(cè) 光脈沖的“再放大”，從而在“源”的角度上提高了系統(tǒng)信噪比；這種分級(jí)傳輸探測(cè)光脈沖的 方法一方面可以避免超限光功率直接進(jìn)入探測(cè)光纜導(dǎo)致非線性散射的問(wèn)題；一方面可以減 少連續(xù)光傳輸導(dǎo)致的更大能量的損耗。隔離器的存在則可以完全避免上級(jí)光脈沖和下級(jí)光 脈沖同時(shí)出現(xiàn)在下級(jí)探測(cè)光纜中的情形，從而保證系統(tǒng)空間分辨率不受影響。泵浦光源通 過(guò)耦合器、傳輸光纜及EDFA將能量轉(zhuǎn)移到各級(jí)后向散射信號(hào)中，從而從“信號(hào)”的角度上直 接提高了系統(tǒng)信噪比。裝置由于采用了分級(jí)設(shè)計(jì)，大大降低了對(duì)接收電路的接收靈敏度和 動(dòng)態(tài)范圍的要求。另外裝置采用了可擴(kuò)展設(shè)計(jì)，可方便實(shí)現(xiàn)從短距離，到長(zhǎng)距離，再到超長(zhǎng) 距離的探測(cè)。

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例1所述的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例2所述裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型的具體實(shí)施步驟。實(shí)施例1 如圖1，大功率脈沖光源1發(fā)出的脈沖光經(jīng)過(guò)光纖耦合器2分成兩部分， 一部分直接進(jìn)入第一級(jí)的波分復(fù)用器4，另一部分通過(guò)傳輸光纖進(jìn)入第二級(jí)的光纖耦合器 11 ；波分復(fù)用器4和光無(wú)源模塊5相連，泵浦光源3發(fā)出的泵浦光經(jīng)光纖耦合器13分光，一 部分進(jìn)入光無(wú)源模塊5為其提供能量，另一部分通過(guò)傳輸光纖進(jìn)入第二級(jí)光纖耦合器14， EDFA無(wú)源模塊5和隔離器6相連；第二級(jí)光纖耦合器11和14分別按照需要將脈沖光和泵 浦光輸入第二級(jí)波分復(fù)用器7和光無(wú)源模塊8，其余光通過(guò)傳輸光纖傳輸至下一級(jí)光纖耦合器，連接端口 15可以根據(jù)實(shí)際需要連接多級(jí)中繼放大模塊。光在探測(cè)光纖中傳輸時(shí)產(chǎn)生的后向散射光沿探測(cè)光纖后向傳輸，至各級(jí)中繼放大 模塊時(shí)經(jīng)EDFA放大、波分復(fù)用器的濾光，分離得到攜帶溫度信號(hào)的反斯托克斯光和作為參 考信號(hào)的斯托克斯光，從而完成后向散射光的提取，提取出的后向散射光進(jìn)入裝置主機(jī)的 處理系統(tǒng)16，完成分布式光纖傳感裝置的信號(hào)處理工作。本實(shí)施例所述的裝置可以用于分布式光纖溫度傳感裝置，太功率脈沖光源發(fā)出波 長(zhǎng)為1550nm的脈沖光，分級(jí)注入探測(cè)光纖中后會(huì)產(chǎn)生后向散射光，利用各級(jí)EDFA放大探測(cè) 光纖中產(chǎn)生的后向拉曼散射光，并通過(guò)各級(jí)的波分復(fù)用器將攜帶溫度信號(hào)的反斯托克斯光 和作為參考信號(hào)的斯托克斯光分離出來(lái)，最終進(jìn)入處理系統(tǒng)16進(jìn)行后續(xù)處理。實(shí)施例2 如圖2，大功率脈沖光源1發(fā)出的脈沖光經(jīng)過(guò)光纖耦合器2分成兩部分， 一部分直接進(jìn)入第一級(jí)的環(huán)形器4，另一部分通過(guò)傳輸光纖進(jìn)入第二級(jí)的光纖耦合器11 ； 環(huán)形器4和光無(wú)源模塊5相連，泵浦光源3發(fā)出的泵浦光經(jīng)光纖耦合器13分光，一部分進(jìn) 入光無(wú)源模塊5為其提供能量，另一部分通過(guò)傳輸光纖進(jìn)入第二級(jí)光纖耦合器14，EDFA無(wú) 源模塊5和隔離器6相連；第二級(jí)光纖耦合器11和14分別按照需要將脈沖光和泵浦光輸 入第二級(jí)環(huán)形器7和光無(wú)源模塊8，其余光通過(guò)傳輸光纖傳輸至下一級(jí)光纖耦合器，連接端 口 15可以根據(jù)實(shí)際需要連接多級(jí)中繼放大模塊。本實(shí)施例所述的裝置可以用于分布式光纖振動(dòng)傳感裝置，型號(hào)為 KOHERASBoostiKTM Module高功率單頻光纖激光器的大功率窄脈沖光源發(fā)出波長(zhǎng)為1550nm 的脈沖光，分級(jí)注入探測(cè)光纖中后會(huì)產(chǎn)生后向散射光，利用各級(jí)EDFA放大探測(cè)光纖中產(chǎn)生 的后向瑞利散射光，并通過(guò)環(huán)形器4最終進(jìn)入處理系統(tǒng)16進(jìn)行后續(xù)處理。
權(quán)利要求1.一種超長(zhǎng)距離分布式光纖傳感裝置，其特征在于所述的裝置采用多級(jí)中繼放大模 塊，每級(jí)中繼放大模塊包括兩個(gè)光纖耦合器、一個(gè)分光濾光器件和一個(gè)光無(wú)源模塊；大功率 脈沖光源發(fā)出的脈沖光經(jīng)光纖耦合器的分光將探測(cè)所需的脈沖光輸入第一級(jí)分光濾光器 件，其余脈沖光通過(guò)傳輸光纖輸入第二級(jí)光纖耦合器，泵浦光源發(fā)出的泵浦光經(jīng)光纖耦合 器分光后將所需的泵浦光輸入光無(wú)源模塊為其提供能量，其余泵浦光輸入第二級(jí)對(duì)應(yīng)的光 纖耦合器；級(jí)與級(jí)之間分離脈沖光的光纖耦合器和分離泵浦光的光纖耦合器分別通過(guò)一根 傳輸光纖相連，級(jí)與級(jí)之間光無(wú)源模塊和分光濾光器件通過(guò)一根探測(cè)光纖相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超長(zhǎng)距離分布式光纖傳感裝置，其特征在于所述的第 二級(jí)中繼放大模塊開(kāi)始，每級(jí)中繼放大模塊前，增加一個(gè)隔離器，一端連接探測(cè)光纖，一端 連接分光濾光器件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超長(zhǎng)距離分布式光纖傳感裝置，其特征在于所述的中 繼放大模塊作為一個(gè)整體，嵌入兩段探測(cè)光纜的連接處。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超長(zhǎng)距離分布式光纖傳感裝置，其特征在于所述的每 一級(jí)的兩個(gè)光纖耦合器，輸出端的分光比可以根據(jù)光源的功率和需要探測(cè)的長(zhǎng)度計(jì)算設(shè)定。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超長(zhǎng)距離分布式光纖傳感裝置，其特征在于所述的分 光濾光器件為能把探測(cè)脈沖引入探測(cè)光纜，同時(shí)過(guò)濾所需后向散射光的器件，可以為波分 復(fù)用器、光纖耦合器或者環(huán)形器中的一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超長(zhǎng)距離分布式光纖傳感裝置，其特征在于所述的光 無(wú)源模塊可以為摻鉺光纖放大器。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種超長(zhǎng)距離分布式光纖傳感裝置，采用多級(jí)中繼放大模塊，大功率脈沖光源通過(guò)多個(gè)光纖耦合器的按比例分配及傳輸光纖的傳輸，分級(jí)進(jìn)入探測(cè)光纖，定長(zhǎng)度實(shí)現(xiàn)探測(cè)光脈沖的“再放大”，從而在“源”的角度上提高了系統(tǒng)信噪比；一方面可以避免超限光功率直接進(jìn)入探測(cè)光纜導(dǎo)致非線性散射的問(wèn)題；一方面可以減少連續(xù)光傳輸導(dǎo)致的更大能量的損耗。裝置由于采用了分級(jí)設(shè)計(jì)，大大降低了對(duì)接收電路的接收靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍的要求。另外裝置采用了可擴(kuò)展設(shè)計(jì)，可方便實(shí)現(xiàn)從短距離，到長(zhǎng)距離，再到超長(zhǎng)距離的探測(cè)。
文檔編號(hào)G01D5/353GK201903355SQ20102058517
公開(kāi)日2011年7月20日 申請(qǐng)日期2010年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月29日
發(fā)明者仝芳軒, 周正仙, 席剛, 皋魏, 郭兆坤 申請(qǐng)人:上海華魏光纖傳感技術(shù)有限公司