本發(fā)明涉及分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)，尤其涉及一種增加探測距離的分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)（DVS）基于帶相位信息的光時(shí)域反射（Ф-OTDR）技術(shù)，以G652單模光纖為傳感介質(zhì)。激光器發(fā)射窄線寬的脈沖激光沿傳感光纖傳輸，同時(shí)不斷產(chǎn)生向后傳輸?shù)娜鹄⑸涔猓疫@些瑞利散射光發(fā)生多光束干涉。當(dāng)傳感光纖受到外界的振動(dòng)干擾時(shí)，背向的瑞利散射光相位會(huì)發(fā)生變化，并引起多光束干涉的強(qiáng)度分布發(fā)生變化。光電轉(zhuǎn)換裝置探測到這些干涉光強(qiáng)度分布的變化，并解調(diào)為振動(dòng)信號(hào)。這就是DVS能探測外界振動(dòng)的原因。

脈沖激光沿光纖傳輸時(shí)會(huì)逐漸衰減，導(dǎo)致返回的瑞利散射光強(qiáng)度隨傳輸距離增大而逐漸減弱。當(dāng)傳輸距離增大到一極限值時(shí)，返回的瑞利散射光強(qiáng)度十分微弱，以至于無法和背景噪聲區(qū)分開，則此距離的振動(dòng)信號(hào)無法被探測到。因此，目前行業(yè)內(nèi)的同類產(chǎn)品的單通道有效探測距離基本都在25公里以內(nèi)。

而對(duì)于某些大范圍、長距離的工程項(xiàng)目，這一有效探測距離難以滿足應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種增加分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)探測距離的方法，通過拉曼放大器對(duì)光纖中傳輸?shù)墓庑盘?hào)強(qiáng)度做分布式放大，以此補(bǔ)償光信號(hào)的傳輸衰減，從而增加DVS的有效探測距離。

為了解決上訴問題，本發(fā)明是通過以下方案實(shí)現(xiàn)的：一種增加探測距離的分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng), 分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)包括脈沖光源，所述脈沖光源與一分路器連接，所述分路器的兩個(gè)輸出端分別連接一個(gè)探測通道，其特征在于每個(gè)通道的光路中加入了一個(gè)拉曼放大器，所述拉曼放大器與合波器的一個(gè)輸入端連接，合波器的另一輸入端外接40~60公里長的測試光纜，合波器的輸出端通過環(huán)路器連接探測通道的信號(hào)處理電路。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，所述環(huán)路器的第一端與分路器連接，環(huán)路器的第二端與合波器的輸出端連接，環(huán)路器的第三端則依次與摻鉺光纖放大器、濾波器、可調(diào)光衰減器模塊和APD電路連接。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，所述脈沖光源包括依次連接的連續(xù)波激光源、聲光調(diào)制器、摻鉺光纖放大器、濾波器，所述濾波器的輸出端與環(huán)路器連接。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，所述測試光纜的長度優(yōu)選為40~50km。

本發(fā)明通過合波器將拉曼放大器融合到傳感光纖中，因受激拉曼散射和入射光的傳輸方向無關(guān)，故傳感光纖中的脈沖激光和反向瑞利散射光都得到分布式放大。本發(fā)明通過拉曼放大器對(duì)光纖中傳輸?shù)墓庑盘?hào)強(qiáng)度做分布式放大，以此補(bǔ)償光信號(hào)的傳輸衰減，從而增加DVS的有效探測距離。在長距離的工程項(xiàng)目（如石油管線、高鐵沿線防入侵）應(yīng)用時(shí)，單個(gè)DVS的探測距離越大，工程需要的DVS主機(jī)數(shù)量越少。從而能夠降低設(shè)備成本，以及施工和維護(hù)成本。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于將拉曼放大器集成到原有DVS系統(tǒng)中，顯著提高了系統(tǒng)的有效探測距離；拉曼放大器為模塊式，易于集成，且系統(tǒng)其它部分均保持不變，因而改動(dòng)成本小，技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)低；改進(jìn)后的光學(xué)系統(tǒng)對(duì)信號(hào)光做分布式放大，有助于抑制光纖中的各種非線性效應(yīng)，從而提高系統(tǒng)的信噪比。

附圖說明

圖1為拉曼放大器結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明改進(jìn)后的DVS光學(xué)結(jié)構(gòu)圖。

圖3為DVS沒集成拉曼放大器時(shí)探測到的振動(dòng)信號(hào)圖。

圖4為DVS集成拉曼放大器之后探測到的振動(dòng)信號(hào)圖。

具體實(shí)施方式

拉曼放大器的主要組成有：大功率半導(dǎo)體泵浦光源(LD)、合波器(WDM)、隔離器(ISO)等。圖1為拉曼放大器結(jié)構(gòu)示意圖。所述拉曼放大器包括第一合波器，所述第一合波器的輸入端與若干個(gè)大功率半導(dǎo)體泵浦光源的輸出端連接，第一合波器的輸出端與第二合波器的輸入端連接，第二合波器的輸入端與光纖信號(hào)輸入端連接，第二合波器的輸出端為信號(hào)輸出端，所述光纖信號(hào)輸入端還設(shè)置有隔離器。

在光學(xué)介質(zhì)中，波長較短的泵浦光將一小部分入射功率轉(zhuǎn)移到另一波長較長的光束，二者波長之差由介質(zhì)的振動(dòng)模式?jīng)Q定，這一過程稱為受激拉曼散射效應(yīng)。在量子力學(xué)中，這一過程可以描述為入射光波的一個(gè)光子被介質(zhì)分子散射為另一個(gè)低頻光子，稱為斯托克斯波(Stokes)的頻移光，剩余的能量被介質(zhì)以分子振動(dòng)（光學(xué)聲子）的形式吸收，完成振動(dòng)態(tài)之間的躍遷?；蛘咭粋€(gè)光子吸收一個(gè)聲子，產(chǎn)生另一個(gè)高頻光子，稱為反斯托克斯光波(anti-Stokes)。

拉曼放大器利用受激拉曼散射效應(yīng)，將波長較短的泵浦光的一部分能量轉(zhuǎn)移到光纖中傳輸?shù)男盘?hào)光，以抵消光纖本身造成的信號(hào)光衰減。

拉曼放大器以傳輸光纖為增益介質(zhì)，對(duì)信號(hào)光分布式放大，具有結(jié)構(gòu)簡單，易與現(xiàn)有系統(tǒng)相融合等優(yōu)點(diǎn)。與摻鉺光纖放大器（EDFA）等分立式集中放大形式不同，分布式放大可最大限度抑制光纖中的各種非線性現(xiàn)象，降低系統(tǒng)噪聲。

圖2為一種增加探測距離的分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng), 分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)包括依次連接的連續(xù)波激光源1、聲光調(diào)制器2、摻鉺光纖放大器3、第一濾波器4，所述第一濾波器4的輸出端與一分路器5（該分路器為50:50分路器）連接，所述分路器5的兩個(gè)輸出端分別連接一個(gè)探測通道，其特征在于每個(gè)通道的光路中加入了一個(gè)拉曼放大器8，所述拉曼放大器8與合波器7的一個(gè)輸入端連接，合波器7的另一輸入端外接40~60公里長的測試光纜9，合波器7的輸出端通過環(huán)路器6連接探測通道的信號(hào)處理電路。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，所述環(huán)路器6的第一端與分路器7連接，環(huán)路器6的第二端與合波器7的輸出端連接，環(huán)路器6的第三端則依次與摻鉺光纖放大器10、濾波器11、可調(diào)光衰減器模塊12和APD電路13連接。

APD為雪崩光電二極管，本發(fā)明中涉及的各模塊為現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述。

本發(fā)明通過合波器將拉曼放大器融合到傳感光纖中，因受激拉曼散射和入射光的傳輸方向無關(guān)，故傳感光纖中的脈沖激光和反向瑞利散射光都得到分布式放大。

在集成拉曼放大器前后，對(duì)DVS系統(tǒng)做了如下測試：單通道接入近41公里長的一卷傳感光纖（裸光纖），輕輕拍打這一卷傳感光纖，則整個(gè)通道41公里長的范圍都產(chǎn)生了振動(dòng)，用DVS配套軟件觀察振動(dòng)信號(hào)（能量曲線圖）。

圖3顯示了在沒集成拉曼放大器時(shí)的整個(gè)通道的振動(dòng)信號(hào)（圖中空間分辨率為10m/Point，因此4000 Points對(duì)應(yīng)長度距離為40公里），可以看到DVS探測較遠(yuǎn)端的振動(dòng)信號(hào)十分微弱。這種情況下，遠(yuǎn)端的入侵事件難以被探測到。

圖4 顯示了在相同測試條件下，DVS系統(tǒng)集成了拉曼放大器之后探測到的振動(dòng)信號(hào)。對(duì)比圖3可以看到，此時(shí)遠(yuǎn)端的振動(dòng)信號(hào)有了顯著增強(qiáng)，說明信號(hào)光在整個(gè)41公里長的光纖中傳輸時(shí)沒有明顯減弱，即拉曼放大器補(bǔ)償了光纖造成的衰減。這種情況下，系統(tǒng)很容易探測到通道遠(yuǎn)端發(fā)生的入侵事件。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明具體實(shí)施只局限于上述這些說明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。