一種超長(zhǎng)距離分布式光纖震動(dòng)傳感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種超長(zhǎng)距離分布式光纖震動(dòng)傳感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括連接激光器的1X2耦合器，1X2耦合器的輸出與2X2耦合器和接入控制電路的調(diào)制器連接，調(diào)制器輸出端串接放大器后與環(huán)形器連接，環(huán)形器與2X2耦合器連接，2X2耦合器輸出端串接探測(cè)器和采集卡后與電腦連接，其特點(diǎn)是1X2耦合器與2X2耦合器的連接線路上串接另一調(diào)制器和另一2X2耦合器；所述另一2X2耦合器與光纖放大器環(huán)形串接成光纖環(huán)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有耐腐蝕、抗干擾性和100公里以上超長(zhǎng)監(jiān)測(cè)距離的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)備投入少，精度高，安裝、使用和維護(hù)方便，有著非常廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種超長(zhǎng)距離分布式光纖震動(dòng)傳感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
[0001]本發(fā)明涉及分布式光纖傳感【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種超長(zhǎng)距離分布式光纖震動(dòng)傳感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，分布式光纖震動(dòng)傳感監(jiān)測(cè)技術(shù)主要分為兩大類(lèi):基于干涉技術(shù)和基于OTDR(Optical Time-Domain Reflectometer,光時(shí)域反射儀)技術(shù)。分布式光纖震動(dòng)傳感監(jiān)測(cè)技術(shù)憑借其無(wú)源、長(zhǎng)距離監(jiān)測(cè)、耐腐蝕、抗干擾等優(yōu)勢(shì)，有著非常廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景，例如特定區(qū)域的周界安放、長(zhǎng)距離的管線安全監(jiān)控等，該技術(shù)近年來(lái)成為光纖傳感領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。
[0003]基于干涉技術(shù)的分布式光纖震動(dòng)傳感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是在光相移檢測(cè)器技術(shù)基礎(chǔ)之上，相干光束在通過(guò)耦合器之后被一分為二，分別在傳感臂和參考臂內(nèi)部進(jìn)行傳播，當(dāng)有細(xì)微振動(dòng)產(chǎn)生在信號(hào)臂上時(shí)，其內(nèi)部的傳播光波被施加了相位調(diào)制，光束之間被引入相位差。在解調(diào)干涉光強(qiáng)度后，能夠獲取原始振動(dòng)引發(fā)的相位調(diào)制信號(hào)。由于信號(hào)臂的臂長(zhǎng)不能和參考臂一模一樣，而且兩個(gè)臂長(zhǎng)還會(huì)隨著環(huán)境的變化而發(fā)生改變，所以出現(xiàn)相位漂移的難題還無(wú)法解決，干涉輸出的幅值會(huì)出現(xiàn)衰落現(xiàn)象，在實(shí)際應(yīng)用中存在誤差。
[0004]基于OTDR技術(shù)的分布式光纖震動(dòng)傳感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要采用B-0TDR、Φ -OTDR和P-OTDR技術(shù)支撐。其原理不同于干涉效應(yīng)，OTDR技術(shù)主要是通過(guò)對(duì)入侵前后功率譜曲線進(jìn)行相互比較獲，從而獲取入侵點(diǎn)具體信息。整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)僅僅需要一根光纖，距離大多以公里為單位，長(zhǎng)達(dá)幾十公里，在同一端口監(jiān)測(cè)，能夠直接對(duì)入侵位置進(jìn)行定位。從技術(shù)層面來(lái)看，OTDR的脈沖寬度直接影響其空間分辨率，其中Φ-OTDR技術(shù)目前比較成熟，已被廣泛應(yīng)用。但是該類(lèi)型的系統(tǒng)中需要窄線寬的激光器，限寬越窄的激光器，頻率漂移越小，相應(yīng)的成本也越大。受激光器制造工藝的影響，一般的基于OTDR的分布式光纖震動(dòng)傳感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)距離在40公里左右，定位精度在50米左右。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)存在著監(jiān)測(cè)距離短，定位精度低，監(jiān)測(cè)誤差大，設(shè)備成本高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足而設(shè)計(jì)的一種超長(zhǎng)距離分布式光纖震動(dòng)傳感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，采用耦合器與放大器環(huán)形串接的光纖環(huán)，將長(zhǎng)脈沖信號(hào)循環(huán)運(yùn)行后能夠前后相接且重復(fù)不斷，使循環(huán)后的長(zhǎng)脈沖信號(hào)與短脈沖信號(hào)進(jìn)入光纖的散射光能夠始終保持相干性，實(shí)現(xiàn)100公里以上超長(zhǎng)監(jiān)測(cè)距離，使用一根光纖、同一端口監(jiān)測(cè)，就能直接對(duì)入侵位置進(jìn)行精確定位，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，精度高，安裝、使用和維護(hù)更方便，可長(zhǎng)期可靠的用于惡劣環(huán)境中工作，具有耐腐蝕、抗干擾等優(yōu)勢(shì)，有著非常廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景。
[0007]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種超長(zhǎng)距離分布式光纖震動(dòng)傳感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括接入窄線寬激光器的1X2耦合器，1X2耦合器輸出端分別與2X2耦合器和與接入控制電路的光纖聲光調(diào)制器連接，光纖聲光調(diào)制器輸出端串接摻館光纖放大器后與光纖環(huán)形器一接口連接，光纖環(huán)形器另兩接口分別與2X2耦合器和待測(cè)光纖連接，2X2耦合器輸出端串接雙平衡探測(cè)器后接入與電腦連接的采集卡，由設(shè)置在電腦的軟件對(duì)待測(cè)光纖進(jìn)行震動(dòng)監(jiān)測(cè)，其特點(diǎn)是1X2耦合器與2X2耦合器的連接線路上串接另一光纖聲光調(diào)制器和另一 2X2耦合器；所述另一 2X2耦合器與半導(dǎo)體光纖放大器環(huán)形串接組成光纖環(huán)；所述另一光纖聲光調(diào)制器和半導(dǎo)體光纖放大器與控制電路連接，另一光纖聲光調(diào)制器在控制電路的控制下將輸入的單頻光調(diào)制成長(zhǎng)脈沖光后從另一 2X2耦合器的輸入端進(jìn)入光纖環(huán)，長(zhǎng)脈沖光在光纖環(huán)中運(yùn)行數(shù)圈后由另一 2X2耦合器的輸出端接入2X2耦合器；所述2X2耦合器將光纖環(huán)輸出的長(zhǎng)脈沖光與光纖環(huán)形器輸出的短脈沖光耦合后接入雙平衡探測(cè)器。
[0008]所述長(zhǎng)脈沖光在光纖環(huán)中的運(yùn)行數(shù)圈由控制電路控制半導(dǎo)體光纖放大器的開(kāi)和關(guān)進(jìn)行設(shè)定。
[0009]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有100公里以上超長(zhǎng)監(jiān)測(cè)距離和良好的耐腐蝕、抗干擾性能，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，精度高，安裝、使用和維護(hù)都十分方便，可長(zhǎng)期可靠的用于惡劣環(huán)境中工作，有著非常廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為從待測(cè)光纖中返回的散射光波圖；
圖3為光纖環(huán)中出來(lái)的長(zhǎng)脈沖光波圖；
圖4為沒(méi)有震動(dòng)的波形圖；
圖5為出現(xiàn)震動(dòng)的波形圖。

【具體實(shí)施方式】
[0011]參閱附圖1，本發(fā)明由窄線寬激光器1、1X2耦合器2、兩光纖聲光調(diào)制器3、摻餌光纖放大器4、光纖環(huán)形器5、兩2X2耦合器6、控制電路7、半導(dǎo)體光纖放大器8、雙平衡探測(cè)器9、采集卡10和電腦11組成。所述窄線寬激光器I輸出端與1X2耦合器2輸入端連接；所述1X2耦合器2輸出端分別與兩光纖聲光調(diào)制器3輸入端連接；所述一光纖聲光調(diào)制器3輸出端與摻館光纖放大器4輸入端連接；所述另一光纖聲光調(diào)制器3輸出端與另一 2X2率禹合器6輸入端連接，其輸出端與一 2X2耦合器6輸出端連接；所述控制電路7與兩光纖聲光調(diào)制器3和半導(dǎo)體光纖放大器8連接；所述摻餌光纖放大器4輸出端與光纖環(huán)形器5 —接入端連接，其另一接入端與待測(cè)光纖12連接，光纖環(huán)形器5的輸出端與一 2X2耦合器6輸入端連接；所述一 2X2耦合器6輸出端與雙平衡探測(cè)器9輸入端連接；所述雙平衡探測(cè)器9輸出端與采集卡10連接，采集卡10連接電腦11，由設(shè)置在電腦11內(nèi)的軟件對(duì)待測(cè)光纖12進(jìn)行震動(dòng)監(jiān)測(cè)。
[0012]本發(fā)明是這樣工作的:1χ2耦合器2將窄線寬激光器I發(fā)出單頻光耦合后分上、下兩路分別輸入兩光纖聲光調(diào)制器3，上一路一光纖聲光調(diào)制器3在控制電路7的控制下將輸入的單頻光調(diào)制成短脈沖光后接入光經(jīng)摻餌光纖放大器4，短脈沖光經(jīng)摻餌光纖放大器4放大后由光纖環(huán)形器5進(jìn)入待測(cè)光纖12，從待測(cè)光纖12返回的散射光由光纖環(huán)形器5接入一 2x2稱(chēng)合器6。下一路另一光纖聲光調(diào)制器3在控制電路7的控制下將輸入的單頻光調(diào)制成長(zhǎng)脈沖光后進(jìn)入由另一 2x2耦合器6與半導(dǎo)體光纖放大器8組成的光纖環(huán)中，由于該光纖環(huán)的作用，從光纖聲光調(diào)制器3出來(lái)長(zhǎng)脈沖能夠前后相接，且重復(fù)不斷，這樣就和上一路的短脈沖進(jìn)入光纖的散射光能夠始終保持相干性，從光纖環(huán)中輸出的連續(xù)長(zhǎng)脈沖光接入一 2X2 f禹合器6, — 2X2 f禹合器6將光纖環(huán)輸出的長(zhǎng)脈沖光與光纖環(huán)形器5輸出的短脈沖光耦合后接入雙平衡探測(cè)器9，雙平衡探測(cè)器9將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后，由采集卡10將信號(hào)傳送給電腦11，由設(shè)置在電腦11內(nèi)的軟件對(duì)光纖的震動(dòng)進(jìn)行超長(zhǎng)距離的監(jiān)測(cè)。所述短脈沖光的脈沖寬度由系統(tǒng)的定位精度決定，該系統(tǒng)的定位精度為10米，根據(jù)OTDR的定位公式，因此該短脈沖的寬度為100ns。所述長(zhǎng)脈沖光的脈沖寬度為20ms，之所以選擇20ms是因?yàn)楝F(xiàn)有激光器相干長(zhǎng)度一般為20km。
[0013]參閱附圖2，從待測(cè)光纖12返回的散射光波形。
[0014]參閱附圖3，長(zhǎng)脈沖光在另一 2x2耦合器6與半導(dǎo)體光纖放大器8組成的光纖環(huán)循環(huán)，使調(diào)制的長(zhǎng)脈沖能夠前后相接且重復(fù)不斷，這樣就和上一路短脈沖進(jìn)入光纖的散射光能夠始終保持相干性，使系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)距離達(dá)到nx20km。η是進(jìn)入該光纖環(huán)的長(zhǎng)脈沖在該光纖環(huán)中運(yùn)行的圈數(shù)，該圈數(shù)η由控制電路7通過(guò)半導(dǎo)體光纖放大器8的開(kāi)和關(guān)來(lái)進(jìn)行設(shè)定，在實(shí)際的應(yīng)用中，η受采樣率和半導(dǎo)體光纖放大器8的信噪比影響，不可能無(wú)限大，一般范圍為2?6較合適，該半導(dǎo)體光纖放大器8的另一個(gè)作用是對(duì)光的放大并保持光不衰減。
[0015]參閱附圖4，當(dāng)待測(cè)光纖12上沒(méi)有震動(dòng)時(shí)，從待測(cè)光纖12返回的散射光波形與下一路進(jìn)入一 2x2耦合器6的波形拍頻疊加后，雙平衡探測(cè)器9采集的波形是比較工整的正弦波。
[0016]參閱附圖5，當(dāng)待測(cè)光纖12上有震動(dòng)時(shí)，從待測(cè)光纖12返回的散射光波形與下一路進(jìn)入2x2耦合器6的波形拍頻疊加后，雙平衡探測(cè)器9采集的波形和沒(méi)有震動(dòng)的波形的區(qū)別是震動(dòng)位置波形的相位發(fā)生反轉(zhuǎn)，從此判斷該位置出現(xiàn)震動(dòng)，因?yàn)樵撐恢貌ㄐ蔚南辔话l(fā)生反轉(zhuǎn)，所以接下來(lái)所有波形的相位都發(fā)生反轉(zhuǎn)，如果再發(fā)現(xiàn)某個(gè)位置的波形和原有波形一樣，那么就說(shuō)明在這個(gè)地方也有震動(dòng)源，因此該系統(tǒng)可以同時(shí)判斷多個(gè)震動(dòng)源。
[0017]以上只是對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明，并非用以限制本專(zhuān)利，凡為本發(fā)明等效實(shí)施，均應(yīng)包含于本專(zhuān)利的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種超長(zhǎng)距離分布式光纖震動(dòng)傳感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括接入窄線寬激光器的1X2耦合器，1X2耦合器輸出端分別與2X2耦合器和接入控制電路的光纖聲光調(diào)制器連接，光纖聲光調(diào)制器輸出端串接摻餌光纖放大器后與光纖環(huán)形器一接口連接，其另兩接口分別與2X2耦合器和待測(cè)光纖連接，2X2耦合器輸出端串接雙平衡探測(cè)器后接入與電腦連接的采集卡，由設(shè)置在電腦的軟件對(duì)待測(cè)光纖進(jìn)行震動(dòng)監(jiān)測(cè)，其特征在于1X2耦合器與2X2耦合器的連接線路上串接另一光纖聲光調(diào)制器和另一 2X2耦合器；所述另一 2X2耦合器與半導(dǎo)體光纖放大器環(huán)形串接組成光纖環(huán)；所述另一光纖聲光調(diào)制器和半導(dǎo)體光纖放大器與控制電路連接，另一光纖聲光調(diào)制器在控制電路的控制下將輸入的單頻光調(diào)制成長(zhǎng)脈沖光后從另一2X2 |禹合器的輸入端進(jìn)入光纖環(huán)，長(zhǎng)脈沖光在光纖環(huán)中運(yùn)行數(shù)圈后由另一 2X2 |禹合器的輸出端接入2X2 |禹合器；所述2X2 |禹合器將光纖環(huán)輸出的長(zhǎng)脈沖光與光纖環(huán)形器輸出的短脈沖光耦合后接入雙平衡探測(cè)器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述超長(zhǎng)距離分布式光纖震動(dòng)傳感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述長(zhǎng)脈沖光在光纖環(huán)中的運(yùn)行數(shù)圈由控制電路控制半導(dǎo)體光纖放大器的開(kāi)和關(guān)進(jìn)行設(shè)定。
【文檔編號(hào)】G01H9/00GK104457962SQ201410816034
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月25日
【發(fā)明者】武達(dá), 周文忠, 周森洪, 祝正明 申請(qǐng)人:上海遠(yuǎn)洲管業(yè)科技股份有限公司