一種分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于光纖傳感【技術(shù)領(lǐng)域】，公開了一種分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)，包括：脈沖光源，環(huán)形器，傳感光纖鏈路，檢偏器，光探測器，數(shù)據(jù)采集卡以及繪圖終端；脈沖光源輸出的光脈沖信號(hào)依次通過環(huán)形器和傳感光纖鏈路傳播；光纖鏈路的反饋信號(hào)依次通過環(huán)形器，檢偏器，光探測器轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)采集卡中，數(shù)據(jù)采集卡通過所述繪圖終端繪制波形圖；其中，傳感光纖鏈路包括：傳導(dǎo)光纖，傳感光纖以及光纖耦合器；傳導(dǎo)光纖分為多段分立的傳導(dǎo)光纖，相鄰兩段分立的傳導(dǎo)光纖之間通過光纖耦合器連接；光纖耦合器的一個(gè)輸出端連接傳感光纖，傳感光纖末端連接光纖反射鏡，形成多個(gè)相互獨(dú)立的傳感探測支路。本發(fā)明通過多個(gè)獨(dú)立的傳感支路實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)傳感，避免相互干擾，影響傳感效率。
【專利說明】一種分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光纖傳感【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]光纖振動(dòng)傳感器一般使用在周界安防領(lǐng)域，典型應(yīng)用場所包括:博物館、體育場館、國防通訊光纜、通信基站、飛機(jī)場、火車站、鐵路沿線、油氣管道等。
[0003]現(xiàn)有的POTDR傳感系統(tǒng)的信號(hào)光來自于前向傳播的脈沖光的后向瑞利散射。其主要問題在于，由于擾動(dòng)位置影響了所有此位置后的信號(hào)的偏振態(tài)，所以系統(tǒng)只能定位第一個(gè)擾動(dòng)源，及職能定位一個(gè)位置的的傳感操作，大大影響了傳感系統(tǒng)的工作精度和效率；同時(shí)，由于普通單模光纖的后向瑞利散射系數(shù)很小，只有約10-7/米，所以產(chǎn)生的信號(hào)光很弱，在幾到幾十納瓦的數(shù)量級(jí)；由于信號(hào)光的頻率很高，在幾十到上百兆赫茲，所以光探測器的噪聲等價(jià)功率也在數(shù)十納瓦；最終導(dǎo)致系統(tǒng)的信噪比很低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種避免擾動(dòng)相互干擾，提升多位置高效，高精度傳感的分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)，包括:
[0006]脈沖光源，用于產(chǎn)生脈沖光信號(hào)；
[0007]環(huán)形器，通過其第一端口接收所述脈沖光信號(hào)；
[0008]傳感光纖鏈路，接收由所述環(huán)形器第二端口輸出的光脈沖信號(hào)，并將所述光纖鏈路的反饋信號(hào)由所述環(huán)形器第二端口接入所述環(huán)形器；
[0009]檢偏器，將由所述環(huán)形器的第三端口輸出的所述光纖鏈路的反饋信號(hào)進(jìn)行檢偏操作；
[0010]光探測器，接收所述檢偏器的輸出信號(hào)，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出；
[0011]數(shù)據(jù)采集卡，接收所述電信號(hào)，轉(zhuǎn)化存儲(chǔ)并發(fā)送給下一級(jí)電路；
[0012]繪圖終端，接收所述數(shù)據(jù)采集卡的輸出數(shù)據(jù)，完成反饋信號(hào)波形繪制；
[0013]其中，所述傳感光纖鏈路包括:傳導(dǎo)光纖，傳感光纖以及光纖耦合器；所述傳導(dǎo)光纖分為多段分立的傳導(dǎo)光纖，相鄰兩段分立的傳導(dǎo)光纖之間通過所述光纖耦合器連接；
[0014]所述光纖耦合器的一個(gè)輸出端連接所述傳感光纖，所述傳感光纖末端連接光纖反射鏡，形成多個(gè)相互獨(dú)立的傳感探測支路。
[0015]進(jìn)一步地，所述多個(gè)光纖耦合器的分光比，沿所述傳導(dǎo)光纖的延伸方向逐漸增大。
[0016]本發(fā)明提供的分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)通過在傳感光纖鏈路中，設(shè)置多個(gè)相互獨(dú)立的傳感光纖支路，實(shí)現(xiàn)多個(gè)位置的獨(dú)立探測傳感；同時(shí)，由于傳感支路與光脈沖信號(hào)傳輸?shù)膫鲗?dǎo)光纖相互獨(dú)立，使得某一位置或多個(gè)位置的擾動(dòng)或者傳感操作，不會(huì)影響其他位置的傳感支路的脈沖信號(hào)傳播，進(jìn)而不會(huì)影響其他傳感支路傳感操作，從而大大提升的傳感系統(tǒng)的定位精度和效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的傳感光纖連結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0019]參見圖1和圖2，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)，包括:
[0020]脈沖光源，用于產(chǎn)生脈沖光信號(hào)；
[0021]環(huán)形器，通過其第一端口接收所述脈沖光信號(hào)；
[0022]傳感光纖鏈路，接收由環(huán)形器第二端口輸出的光脈沖信號(hào)，并將光纖鏈路的反饋信號(hào)由環(huán)形器第二端口接入所述環(huán)形器；
[0023]檢偏器，將由環(huán)形器的第三端口輸出的光纖鏈路的反饋信號(hào)進(jìn)行檢偏操作；
[0024]光探測器，接收檢偏器的輸出信號(hào)，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出；
[0025]數(shù)據(jù)采集卡，接收電信號(hào)，轉(zhuǎn)化存儲(chǔ)并發(fā)送給下一級(jí)電路；
[0026]繪圖終端，接收數(shù)據(jù)采集卡的輸出數(shù)據(jù)，完成反饋信號(hào)波形繪制；
[0027]其中，傳感光纖鏈路包括:傳導(dǎo)光纖，傳感光纖以及光纖耦合器；傳導(dǎo)光纖分為多段分立的傳導(dǎo)光纖，相鄰兩段分立的傳導(dǎo)光纖之間通過光纖耦合器連接；
[0028]光纖耦合器的一個(gè)輸出端連接傳感光纖，傳感光纖末端連接光纖反射鏡，形成多個(gè)相互獨(dú)立的傳感探測支路。
[0029]分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)的工作過程為:脈沖光源經(jīng)環(huán)形器進(jìn)入傳感光纖鏈路，經(jīng)光纖鏈路散射及反射回來的光信號(hào)經(jīng)環(huán)形器輸出到檢偏器，然后到達(dá)光電探測器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，有數(shù)據(jù)采集卡轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)，輸出給繪圖終端，繪制波形圖反應(yīng)，實(shí)時(shí)傳感探測振動(dòng)情況的結(jié)果探測結(jié)果。
[0030]現(xiàn)有技術(shù)中，當(dāng)一個(gè)傳感位置點(diǎn)動(dòng)作或者受到擾動(dòng)后，沿脈沖傳播方向上，此位置點(diǎn)后的所有傳感位置的定位都將受到影響，嚴(yán)重影響了傳感系統(tǒng)的定位精度和工作效率。
[0031]本實(shí)施例中，傳感光纖鏈路包括:傳導(dǎo)光纖，傳感光纖以及光纖耦合器；傳導(dǎo)光纖分為多段分立的傳導(dǎo)光纖，相鄰兩段分立的傳導(dǎo)光纖之間通過光纖耦合器連接；實(shí)現(xiàn)脈沖信號(hào)的獨(dú)立傳播。
[0032]光纖耦合器的一個(gè)輸出端連接傳感光纖，傳感光纖末端連接光纖反射鏡，形成多個(gè)相互獨(dú)立的傳感探測支路；獨(dú)立執(zhí)行傳感探測動(dòng)作，獨(dú)立反饋回傳，進(jìn)而避免了相互干擾，從而大大提升了定位精度和工作效率。同時(shí)，能夠改善基于POTDR的新型分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)的信噪比，且完全不存在信號(hào)的卷積問題和相干噪聲問題。鑒于，傳感光纖的擾動(dòng)僅僅影響本傳感光纖末端反射光信號(hào)的偏振態(tài)，對(duì)于其他反射光信號(hào)無影響，實(shí)現(xiàn)了多點(diǎn)同時(shí)監(jiān)測。
[0033]同時(shí)，為了彌補(bǔ)由于光纖損耗帶來的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)范圍隨著距離的增加而減小的現(xiàn)象，可以隨著距離的增加，通過改變耦合器的分光比達(dá)到提高進(jìn)入傳感光纖的光功率，使得每個(gè)反射點(diǎn)的強(qiáng)度基本一致，保持系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍，提升反饋信號(hào)的保真度，提升定位精度和效率。
[0034]設(shè)脈沖寬度為δ T(ns，納秒)，光在真空中的傳播速度為C，光纖折射率為n，則光脈沖在光纖中的長度I為:
[0035]I = SI X —

η
[0036]假設(shè)稱合器I和脈沖光源之間的光纖長度為L1,稱合器2和稱合器I之間的光纖長度為L2,......，稱合器m和稱合器m-Ι，之間的光纖長度為Lm。傳感光纖I長度為K1,傳感光纖2長度為K2,……，傳感光纖m長度為Km。數(shù)據(jù)采集卡采集到的波形的橫坐標(biāo)為時(shí)間，時(shí)間與距離的關(guān)系為:
^Li +(.「00371 T _ i=l

/ 11
[0038]其中j = I, 2,......，η。
[0039]為了信號(hào)處理的方便，通過控制各段的光纖長度可滿足下式:
[0040]Tj-Tj_l> δ T
[0041]其中j = I, 2，......，η。
[0042]設(shè)脈沖光源的脈沖重復(fù)周期為T(ms，毫秒)，為了防止相鄰周期之間的信號(hào)相互串?dāng)_，T需滿足公式(4):

1-m
Zl1+人、
[0043]I >
c/
/n
[0044]本發(fā)明提供的分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)通過在傳感光纖鏈路中，設(shè)置多個(gè)相互獨(dú)立的傳感光纖支路，實(shí)現(xiàn)多個(gè)位置的獨(dú)立探測傳感；同時(shí)，由于傳感支路與光脈沖信號(hào)傳輸?shù)膫鲗?dǎo)光纖相互獨(dú)立，使得某一位置或多個(gè)位置的擾動(dòng)或者傳感操作，不會(huì)影響其他位置的傳感支路的脈沖信號(hào)傳播，進(jìn)而不會(huì)影響其他傳感支路傳感操作，從而大大提升的傳感系統(tǒng)的定位精度和效率。
[0045]最后所應(yīng)說明的是，以上【具體實(shí)施方式】僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.一種分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng),其特征在于,包括: 脈沖光源，用于產(chǎn)生脈沖光信號(hào)； 環(huán)形器，通過其第一端口接收所述脈沖光信號(hào)； 傳感光纖鏈路，接收由所述環(huán)形器第二端口輸出的光脈沖信號(hào)，并將所述光纖鏈路的反饋信號(hào)由所述環(huán)形器第二端口接入所述環(huán)形器； 檢偏器，將由所述環(huán)形器的第三端口輸出的所述光纖鏈路的反饋信號(hào)進(jìn)行檢偏操作； 光探測器，接收所述檢偏器的輸出信號(hào)，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出； 數(shù)據(jù)采集卡，接收所述電信號(hào)，轉(zhuǎn)化存儲(chǔ)并發(fā)送給下一級(jí)電路； 繪圖終端，接收所述數(shù)據(jù)采集卡的輸出數(shù)據(jù)，完成反饋信號(hào)波形繪制； 其中，所述傳感光纖鏈路包括:傳導(dǎo)光纖，傳感光纖以及光纖耦合器；所述傳導(dǎo)光纖分為多段分立的傳導(dǎo)光纖，相鄰兩段分立的傳導(dǎo)光纖之間通過所述光纖耦合器連接； 所述光纖耦合器的一個(gè)輸出端連接所述傳感光纖，所述傳感光纖末端連接光纖反射鏡，形成多個(gè)相互獨(dú)立的傳感探測支路。
2.如權(quán)利要求1所述的分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)，其特征在于:所述多個(gè)光纖耦合器的分光比，沿所述傳導(dǎo)光纖的延伸方向逐漸增大。
【文檔編號(hào)】G01H9/00GK104236698SQ201410508441
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月26日
【發(fā)明者】唐明, 王超東, 曹鋒, 周婭玲, 吳昊 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)