一種基于異纖遙泵放大的光纖振動檢測設備的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于異纖遙泵放大的光纖振動檢測設備，包括：基于相干瑞利散射技術(shù)的光纖振動傳感器，傳感器包括三端口的環(huán)形器；N個遙泵放大器，N個遙泵放大器通過傳感光纖一一串聯(lián)；其中，N個遙泵放大器通過遙泵光纖和傳感器連接；其中，N個遙泵放大器的第一個遙泵放大器通過傳感光纖和環(huán)形器連接，第一個遙泵放大器從環(huán)形器處接收脈沖光源并依次傳送給串聯(lián)的遙泵放大器；N個遙泵放大器中的每個遙泵放大器都對各自接收到的脈沖光源進行放大，其中N為大于1的正整數(shù)。使用異纖遙泵放大方式，對每段傳感光纖集中式放大，能夠有效延長Φ-OTDR傳感距離，增強用于檢測的光信號，提高檢測準確率。
【專利說明】
一種基于異纖遙泵放大的光纖振動檢測設備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及石油管道檢測領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于異纖遙泵放大的光纖振動檢測設備。

【背景技術(shù)】
[0002]大型工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測、輸油管線維護、地質(zhì)災害預防等都需要采集振動信號，分布式光纖振動傳感器由于具有傳統(tǒng)傳感器不可比擬的優(yōu)勢而成為了研究的熱點。與傳統(tǒng)的分布式光纖振動傳感器相比，基于相干瑞利散射技術(shù)的分布式光纖振動檢測技術(shù)具有定位精度高、靈敏度高等優(yōu)勢而獲得迅猛發(fā)展。相干瑞利散射技術(shù)又稱為相位敏感光時域反射技術(shù)(Φ-OTDR)，利用傳感光纖中的后向瑞利散射光干涉信號檢測光纖周圍振動信號。
[0003]目前該技術(shù)主要應用于圍欄入侵檢測、長輸油氣管道檢測、邊界安防等領(lǐng)域，而且取得了不錯的應用效果。但是隨著檢測距離的延長，光信號變得很弱，尤其是后向瑞利散射光信號變得極為微弱，這為信號的檢測帶來很大的困難。為了解決這一問題，最為方便也是目前多數(shù)采用的方式就是單一的提高入纖光功率和前置放大器的增益系數(shù)。提高入纖光功率將會導致脈沖能量過高，當脈沖光信號超過布里淵效應閾值時會激起布里淵效應，導致光功率在光纖前端急劇下降，反而降低了傳感距離。提高前置放大器的增益系數(shù)可以提高干涉信號強度，但是由于濾波器帶寬有限，在提高干涉信號的強度同時也會將ASE噪聲信號變強，這樣使得探測器探測到的信號直流量較大，為后續(xù)的數(shù)據(jù)處理帶來困難。
[0004]為了解決這一問題，現(xiàn)有的技術(shù)將一階雙向拉曼放大技術(shù)應用于入Φ-OTDR傳感設備中(Long-distance fiber-opticΦ-OTDR intrus1n sensing system),這種方式可以將單套的Φ-OTDR傳感設備延長至50km，但是拉曼增益系數(shù)并不是均勻的，導致信號功率波動明顯。為了克服這一難題，又采用混合拉曼放大技術(shù)對上述技術(shù)進行了改進。但是上述方法都需要拉曼泵浦光源，而且設備結(jié)構(gòu)較為復雜，提高了設備的成本。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型提供一種基于異纖遙泵放大的光纖振動檢測設備，來解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的在進行振動檢測時，由于檢測距離的延長，導致用于檢測的光信號微弱，進而使檢測效果不好的技術(shù)問題。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供了一種基于異纖遙泵放大的光纖振動檢測設備，包括:基于相干瑞利散射技術(shù)的光纖振動傳感器，所述傳感器包括三端口的環(huán)形器；N個遙泵放大器，所述N個遙泵放大器通過傳感光纖一一串聯(lián)；其中，所述N個遙泵放大器通過遙泵光纖和所述傳感器連接；其中，所述N個遙泵放大器的第一個遙泵放大器通過所述傳感光纖和所述環(huán)形器連接，所述第一個遙泵放大器從所述環(huán)形器處接收所述脈沖光源并依次傳送給串聯(lián)的遙泵放大器；所述N個遙泵放大器中的每個遙泵放大器都對各自接收到的脈沖光源進行放大，N為大于I的正整數(shù)。
[0007]優(yōu)選的，所述N個遙泵放大器具體通過N個遙泵光纖和所述傳感器連接，其中，每個遙泵放大器通過各自的遙泵光纖和所述傳感器連接，并分別通過各自的遙泵光纖接收所述泵浦光源。
[0008]優(yōu)選的，所述設備還包括:N個耦合器，連接在所述N個遙泵放大器和所述傳感器之間，所述N個耦合器通過所述遙泵光纖一一串聯(lián)，并且每個耦合器對應連接一個遙泵放大器；其中，所述N個耦合器中的第一個耦合器通過所述遙泵光纖從所述傳感器處接收所述泵浦光源并依次傳送給串聯(lián)的耦合器；所述N個耦合器中的每個耦合器都對各自接收到泵浦光源進行分光，然后對應傳送給各自連接的遙泵放大器。
[0009]通過本實用新型的一個或者多個技術(shù)方案，本實用新型具有以下有益效果或者優(yōu)占-
^ \\\.
[0010]本實用新型提供了一種基于異纖遙泵放大的光纖振動檢測設備，使用異纖遙泵放大方式，對每段傳感光纖集中式放大，能夠有效延長Φ-OTDR傳感距離，增強用于檢測的光信號，提高檢測準確率。
[0011]另外，遙泵放大器會將正向傳輸?shù)墓庑盘柡头聪騻鬏數(shù)娜鹄⑸涔庑盘柾瑫r放大。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本實用新型實施例中基于異纖遙泵放大的光纖振動檢測設備的架構(gòu)圖；
[0013]圖2為本實用新型實施例基于異纖遙泵放大的光纖振動檢測設備的兩種結(jié)構(gòu)的另一種架構(gòu)圖；
[0014]圖3為本實用新型實施例遙泵放大器結(jié)構(gòu)圖。
[0015]附圖標記說明:基于相干瑞利散射技術(shù)的光纖振動傳感器11，環(huán)形器12，傳感光纖13，遙泵光纖14，計算機15，環(huán)形器16，環(huán)形器17，第一波分復用器18，第二波分復用器19，濾波器20 ;耦合器1、耦合器2、耦合器3，耦合器N，遙泵放大器I’，遙泵放大器2’，遙泵放大器3’，遙泵放大器N’，端口 al，端口 bl、端口 Cl，端口 a2、端口 b2，端口 c2。

【具體實施方式】
[0016]為了使本申請所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中的技術(shù)人員更清楚地理解本申請，下面結(jié)合附圖，通過具體實施例對本申請技術(shù)方案作詳細描述。
[0017]請參看圖1，是一種基于異纖遙泵放大的光纖振動檢測設備的架構(gòu)圖。
[0018]該設備包括:基于相干瑞利散射技術(shù)的光纖振動傳感器11，該傳感器11包括三端口的環(huán)形器12 ;N個遙泵放大器；傳感光纖13 ;遙泵光纖14。另外，所述設備還包括:N個耦合器，其中，N為大于I的整數(shù)。
[0019]基于相干瑞利散射技術(shù)的光纖振動傳感器11提供泵浦光源。
[0020]環(huán)形器12提供脈沖光源。
[0021 ] N個遙泵放大器，所述N個遙泵放大器通過傳感光纖13 —一串聯(lián)；其中，所述N個遙泵放大器通過遙泵光纖14和所述傳感器11連接；其中，所述N個遙泵放大器的第一個遙泵放大器通過所述傳感光纖13和所述環(huán)形器12連接，第一個遙泵放大器從所述環(huán)形器12處接收所述脈沖光源并依次傳送給串聯(lián)的遙泵放大器。
[0022]N個遙泵放大器中的每個遙泵放大器都對各自接收到的脈沖光源進行放大，以獲得放大的光信號進行振動檢測。
[0023]N個耦合器連接在所述N個遙泵放大器和所述傳感器11之間，所述N個耦合器通過所述遙泵光纖14 一一串聯(lián)，并且每個耦合器對應連接一個遙泵放大器；其中，所述N個耦合器中的第一個耦合器通過所述遙泵光纖14從所述傳感器11處接收所述泵浦光源并依次傳送給串聯(lián)的耦合器；所述N個耦合器中的每個耦合器都對各自接收到泵浦光源進行分光，然后對應傳送給各自連接的遙泵放大器。
[0024]在此架構(gòu)中，泵浦光源安裝在本地，泵浦光通過一定長度的遙泵光纖14依次通過耦合器1、耦合器2、耦合器3…耦合器N，其中，耦合器都采用I X 2耦合器。每個耦合器對應連接對應的遙泵放大器，例如:耦合器I連接遙泵放大器I’，耦合器2連接遙泵放大器2’ ；耦合器3連接遙泵放大器3’，耦合器N連接遙泵放大器N’。耦合器一個輸出端口將泵浦光源繼續(xù)傳輸至下一個耦合器，另一個輸出端口將泵浦光傳輸至遙泵放大器作為該遙泵放大器的泵浦光源。遙泵放大器對每段傳感光纖13進行放大，延長了傳感距離。遙泵放大器的增益系數(shù)可以通過計算機15調(diào)節(jié)泵浦光功率而進行控制。
[0025]本架構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)之一在于使用遙泵放大器對每一段的光信號進行放大，通過串聯(lián)遙泵放大器的方式提高了 Φ-OTDR傳感距離。具體的，泵浦光源在遙泵光纖14內(nèi)傳輸，通過耦合器一個輸出端將泵浦光傳輸至遙泵放大器，遙泵放大器將光信號進行放大，計算機15控制泵浦光源的輸出功率來調(diào)節(jié)遙泵放大器的增益系數(shù)。
[0026]進一步，計算機15調(diào)節(jié)的是整條遙泵光纖14內(nèi)傳輸?shù)谋闷止夤β?，而不能單獨對每個遙泵放大器的泵浦光進行調(diào)節(jié)。為了使每一段放大的信號獲得相近的增益系數(shù)需要精確設計每一個耦合的分光比。如耦合器I的分光比為3:7，耦合器2的分光比為4:6，將耦合器I分光比為3的輸出端接入遙泵放大器1’，將耦合器分光比為4的輸出端接入遙泵放大器2’，這樣可以使兩個放大器獲得的泵浦光功率近似相等，從而方便統(tǒng)一調(diào)節(jié)遙泵放大器的增益系數(shù)。
[0027]下面請參看圖2，是一種基于異纖遙泵放大的光纖振動檢測設備的兩種結(jié)構(gòu)的另一種架構(gòu)圖。
[0028]在該架構(gòu)圖中，該設備包括:基于相干瑞利散射技術(shù)的光纖振動傳感器11，該述傳感器11包括三端口的環(huán)形器12 ;N個遙泵放大器；傳感光纖13 ;遙泵光纖14。
[0029]而N個遙泵放大器具體通過N個遙泵光纖14和所述傳感器11連接，其中，每個遙泵放大器通過各自的遙泵光纖14和所述傳感器11連接，并分別通過各自的遙泵光纖14接收泵浦光源。
[0030]即:泵浦光源分別通過各自的遙泵光纖14傳輸至遙泵放大器I’、遙泵放大器2’…遙泵放大器N’，遙泵放大器對每段傳感光纖13進行放大，延長了傳感距離。與圖1相比，該實現(xiàn)方法需要更多的遙泵光纖14，但是優(yōu)點在于可以分別對每個遙泵放大器靈活調(diào)節(jié)。
[0031]此架構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)在于實現(xiàn)了每個遙泵放大器的單獨控制。具體的，泵浦光源分別作為遙泵放大器I’、遙泵放大器2’…遙泵放大器N’的泵浦光源，通過計算機15單獨對每個泵浦光源進行調(diào)節(jié)從而實現(xiàn)了每個遙泵放大器的單獨控制。
[0032]此架構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)之二實現(xiàn)了正向傳輸?shù)墓庑盘柵c后向傳輸?shù)娜鹄⑸涔庑盘柾瑫r放大。具體的，使用環(huán)形器16和環(huán)形器17將信號光與后向瑞利散射光分開單獨放大。對于信號光，使用前向泵浦方式，對于后向瑞利散射光信號，使用后向泵浦方式。采用這種泵浦結(jié)構(gòu)能不僅使得信號光的噪聲性能好而且后向瑞利散射光可以得到獲得較高的增益系數(shù)。
[0033]下面請參看圖3，是遙泵放大器結(jié)構(gòu)圖。
[0034]信號光通過環(huán)形器16的端口 bl、端口 Cl進入第二波分復用器19，泵浦光通過耦合器的一個輸出端口之后和信號光一同經(jīng)第二波分復用器19在第二摻鉺光纖中傳輸，泵浦光激活第二摻鉺光纖中的鉺離子，躍遷到高能級態(tài)；在信號光的誘導下，鉺離子受激輻射，躍遷到基態(tài)，產(chǎn)生與信號光相同的光子，實現(xiàn)正向傳輸光信號的放大，放大的光信號經(jīng)過環(huán)形器17的端口 a2、端口 b2進入到傳感光纖13中。光信號的后向瑞利光經(jīng)過環(huán)形器17的端口 b2、端口 c2進入到第一摻鉺光纖中，耦合器的另一個輸出端輸出的泵浦光經(jīng)過第一波分復用器18之后與后向瑞利散射光同時在第一摻鉺光纖中傳輸,實現(xiàn)了后向瑞利散射光信號的放大，被放大后的后向瑞利散射光信號經(jīng)環(huán)形器16的端口 al、端口 cl之后繼續(xù)在傳感光纖13中傳輸。
[0035]進一步，為了避免不同遙泵放大器之間的泵浦光相互干擾，在遙泵放大器內(nèi)部集成了濾波器20。
[0036]通過本實用新型的一個或者多個實施例，本實用新型具有以下有益效果或者優(yōu)占-
^ \\\.
[0037]本實用新型提供了一種基于異纖遙泵放大的光纖振動檢測設備，使用異纖遙泵放大方式，對每段傳感光纖集中式放大，能夠有效延長Φ-OTDR傳感距離，增強用于檢測的光信號，提高檢測準確率。
[0038]另外，遙泵放大器會將正向傳輸?shù)墓庑盘柡头聪騻鬏數(shù)娜鹄⑸涔庑盘柾瑫r放大。
[0039]盡管已描述了本申請的優(yōu)選實施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對這些實施例作出另外的變更和修改。所以，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實施例以及落入本申請范圍的所有變更和修改。
[0040]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本申請進行各種改動和變型而不脫離本申請的精神和范圍。這樣，倘若本申請的這些修改和變型屬于本申請權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本申請也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于異纖遙泵放大的光纖振動檢測設備，其特征在于，包括: 基于相干瑞利散射技術(shù)的光纖振動傳感器，所述傳感器包括三端口的環(huán)形器； ^個遙泵放大器，所述~個遙泵放大器通過傳感光纖一一串聯(lián)；其中，所述~個遙泵放大器通過遙泵光纖和所述傳感器連接；其中，所述~個遙泵放大器的第一個遙泵放大器通過所述傳感光纖和所述環(huán)形器連接，所述第一個遙泵放大器從所述環(huán)形器處接收脈沖光源并依次傳送給串聯(lián)的遙泵放大器；所述~個遙泵放大器中的每個遙泵放大器都對各自接收到的脈沖光源進行放大，其中~為大于1的正整數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的設備，其特征在于，所述~個遙泵放大器具體通過~個遙泵光纖和所述傳感器連接，其中，每個遙泵放大器通過各自的遙泵光纖和所述傳感器連接，并分別通過各自的遙泵光纖接收泵浦光源。
3.如權(quán)利要求1所述的設備，其特征在于，所述設備還包括: ^個耦合器，連接在所述~個遙泵放大器和所述傳感器之間，所述~個耦合器通過所述遙泵光纖一一串聯(lián)，并且每個耦合器對應連接一個遙泵放大器；其中，所述~個耦合器中的第一個耦合器通過所述遙泵光纖從所述傳感器處接收泵浦光源并依次傳送給串聯(lián)的耦合器；所述~個耦合器中的每個耦合器都對各自接收到的泵浦光源進行分光，然后對應傳送給各自連接的遙泵放大器。
【文檔編號】G01H9/00GK204177478SQ201420500403
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年9月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月1日
【發(fā)明者】孫巍, 周琰, 田孝忠, 譚東杰, 馬云賓, 王海明, 劉路, 蔡永軍, 邱紅輝, 郭鳳林 申請人:中國石油天然氣股份有限公司