一種基于布里淵放大的光時(shí)域反射計(jì)型光纖傳感系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于布里淵放大的光時(shí)域反射計(jì)型光纖傳感系統(tǒng)，屬于光纖【技術(shù)領(lǐng)域】，包括第一窄線寬光源、移頻器、窄線寬濾波器、擾偏器、長(zhǎng)距離傳感光纖、環(huán)形器、聲光調(diào)制器、第一光纖耦合器、第二窄線寬光源；第二窄線寬光源產(chǎn)生的連續(xù)光經(jīng)過第一光纖耦合器分為兩路，其中一路為信號(hào)光經(jīng)過聲光調(diào)制器調(diào)制產(chǎn)生高消光比的脈沖信號(hào)光，經(jīng)過環(huán)形器接入長(zhǎng)距離傳感光纖；第一窄線寬光源經(jīng)過移頻器移頻,使信號(hào)光頻率與泵浦光的頻率差為傳感光纖的布里淵頻移值，經(jīng)過窄線寬濾波器接入擾偏器進(jìn)行擾偏抑制產(chǎn)生泵浦光與長(zhǎng)距離傳感光纖相連接。對(duì)信號(hào)光進(jìn)行分布式放大，以較小功率的泵浦光提高長(zhǎng)距離傳感光纖中的信號(hào)光強(qiáng)度和接收端信噪比。
【專利說明】一種基于布里淵放大的光時(shí)域反射計(jì)型光纖傳感系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]—種基于布里淵放大的光時(shí)域反射計(jì)型光纖傳感系統(tǒng),用于放大光纖傳感系統(tǒng)中信號(hào)光強(qiáng)度、延長(zhǎng)傳感距離、提高靈敏度，涉及光纖【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]分布式光纖傳感系統(tǒng)類型包括:相位敏感光時(shí)域反射儀(Φ-OTDR)、偏振敏感光時(shí)域反射儀(POTDR)等。
[0003]相位敏感光時(shí)域反射儀是實(shí)時(shí)解調(diào)出沿光纖鏈路散射回的瑞利信號(hào)電場(chǎng)的振幅和相位，通過分析解調(diào)出的振幅和相位，檢測(cè)位于傳感光纖上一點(diǎn)或多點(diǎn)施加擾動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的振動(dòng)信號(hào)的位置、頻率和強(qiáng)度，是一種極有價(jià)值的分布式光纖傳感技術(shù)，它能夠在長(zhǎng)距離范圍內(nèi)對(duì)微小振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分布式、多點(diǎn)、實(shí)時(shí)檢測(cè)，因此在周界安防領(lǐng)域具有其他類型的振動(dòng)傳感器所不能比擬的優(yōu)勢(shì)。
[0004]偏振敏感光時(shí)域反射儀是一種利用光脈沖的偏振態(tài)隨鏈路的改變而改變的原理而制成的分布式光纖傳感器。如果光纖受到外界物理量的調(diào)制，那么傳輸光的偏振態(tài)就會(huì)隨之發(fā)生變化，進(jìn)而影響散射光的偏振態(tài)。所以在光纖的入射端對(duì)后向瑞利散射光的偏振態(tài)和光信號(hào)的延遲時(shí)間進(jìn)行檢測(cè)就可獲得外界物理量的分布情況。由于壓力、溫度、磁場(chǎng)等都能對(duì)傳輸光的偏振態(tài)進(jìn)行調(diào)制，因此該技術(shù)可測(cè)量多種物理量。
[0005]分布式光纖傳感系統(tǒng)具有抗電磁干擾、靈敏度高、測(cè)量距離長(zhǎng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，在輸油管道、機(jī)場(chǎng)、國(guó)界等長(zhǎng)距離周界防入侵方面具有不可替代的優(yōu)勢(shì)。
[0006]在實(shí)踐中，為了延長(zhǎng)傳感距離、提高靈敏度，常常采用增加拉曼泵浦功率的方式，但在超長(zhǎng)距離OlOOkm)的傳感系統(tǒng)中，采用拉曼泵浦功率的方式卻存在很多不足:
一、采用拉曼泵浦功率往往需要達(dá)到數(shù)瓦以上，對(duì)泵浦激光器的性能要求較高；
二、采用拉曼泵浦功率達(dá)到數(shù)瓦以上，很容易損壞系統(tǒng)的光纖連接頭，從而使得系統(tǒng)完全失效；
三、大功率拉曼泵浦光長(zhǎng)時(shí)間注入傳感光纖，也容易造成傳感光纖的物理性狀發(fā)生不可逆變化，影響系統(tǒng)性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足之處提供了一種基于布里淵放大的光時(shí)域反射計(jì)型光纖傳感系統(tǒng)，利用受激布里淵放大效應(yīng)放大光纖傳感系統(tǒng)中信號(hào)光強(qiáng)度，延長(zhǎng)傳感距離，提高系統(tǒng)中各個(gè)位置信噪比。
[0008]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
一種基于布里淵放大的光時(shí)域反射計(jì)型光纖傳感系統(tǒng)，其特征在于:包括第一窄線寬光源、移頻器、窄線寬濾波器、擾偏器、長(zhǎng)距離傳感光纖、環(huán)形器、聲光調(diào)制器、第一光纖耦合器、第二窄線寬光源；第二窄線寬光源產(chǎn)生的連續(xù)光經(jīng)過第一光纖耦合器分為兩路，其中一路為信號(hào)光，信號(hào)光經(jīng)過聲光調(diào)制器調(diào)制產(chǎn)生高消光比的脈沖信號(hào)光，經(jīng)過環(huán)形器接入長(zhǎng)距離傳感光纖；第一窄線寬光源經(jīng)過移頻器移頻，使信號(hào)光頻率與泵浦光的頻率差為傳感光纖的布里淵頻移值，經(jīng)過窄線寬濾波器接入擾偏器進(jìn)行擾偏抑制偏振增益抖動(dòng)后產(chǎn)生的泵浦光與長(zhǎng)距離傳感光纖相連接。
[0009]作為優(yōu)選，還包括第二光纖耦合器、光電探測(cè)器、電帶通濾波器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和上位機(jī)；第二窄線寬光源產(chǎn)生的連續(xù)光經(jīng)過第一光纖耦合器分得另一路本振光和環(huán)形器經(jīng)過反向布里淵放大的信號(hào)光的瑞利散射信號(hào)分別接入第二光纖耦合器，第二光纖耦合器接入光電探測(cè)器進(jìn)行拍頻，再接入電帶通濾波器濾出脈沖信號(hào)光的瑞利散射信號(hào)和濾除掉泵浦光信號(hào)，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器，再接入上位機(jī)。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
一、光纖中受激布里淵放大的增益系數(shù)比受激拉曼散射高三個(gè)數(shù)量級(jí)，使用相對(duì)拉曼放大功率小得多的泵浦光，即能夠放大長(zhǎng)距離光纖傳感中端與末端的信號(hào)光功率，提升信噪比，實(shí)現(xiàn)傳感距離的提升和傳感效果的優(yōu)化，還克服了對(duì)泵浦激光器的性能要求較高的問題。
[0011]二、在接收端可融合外差檢測(cè)技術(shù)或光學(xué)窄帶濾波技術(shù)，將信號(hào)光與同源本振光進(jìn)行拍頻，對(duì)拍頻信號(hào)進(jìn)行探測(cè)，既具有提升探測(cè)靈敏度的優(yōu)點(diǎn)，又可以有效濾除掉反向布里淵放大殘余泵浦光的影響，有效地提取信號(hào)光的瑞利散射成分。
[0012]三、泵浦光的輸入功率低，能夠延長(zhǎng)傳感光纖的使用壽命。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明在相同信號(hào)光功率注入條件下，在125KM傳感光纖中使用反向拉曼放大方法與反向布里淵放大方法效果對(duì)比圖，Ca)為反向布里淵放大，布里淵泵浦功率為9.5dBm ；(b)為反向拉曼放大，拉曼泵浦功率為26.9dBm ；
圖3為本發(fā)明使用反向布里淵放大方法探測(cè)125KM傳感光纖不同位置擾動(dòng)效果圖；圖中:1-第一窄線寬光源、2-移頻器、3-窄線寬濾波器、4-擾偏器、5-長(zhǎng)距離傳感光纖、6-環(huán)形器、7-聲光調(diào)制器、8-第一光纖稱合器、9-第二窄線寬光源、10-第二光纖I禹合器、11-光電探測(cè)器、12-電帶通濾波器、13-模數(shù)轉(zhuǎn)換器、14-上位機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0015]如圖1所不,一種基于布里淵放大的光時(shí)域反射計(jì)型光纖傳感系統(tǒng),包括第一窄線寬光源1、移頻器2、窄線寬濾波器3、擾偏器4、長(zhǎng)距離傳感光纖5、環(huán)形器6、聲光調(diào)制器
7、第一光纖稱合器8、第二窄線寬光源9、第二光纖稱合器10、光電探測(cè)器11、電帶通濾波器12、模數(shù)轉(zhuǎn)換器13和上位機(jī)14，第二窄線寬光源9經(jīng)過第一光纖耦合器8分成兩路光束，其中一路經(jīng)過聲光調(diào)制器7調(diào)制后產(chǎn)生高消光比的脈沖光做為信號(hào)光，接入環(huán)形器6的一端口，正向接入長(zhǎng)距離傳感光纖5 ;長(zhǎng)距離傳感光纖5的末端與擾偏器4相接、擾偏器4與窄線寬濾波器3相接、窄線寬濾波器3再與移頻器2相接、移頻器2再接入第一窄線寬光源1，從第一窄線寬光源I打入泵浦光；另外一路作為本振光與第二光纖耦合器10連接；環(huán)形器6的端口與第二光纖稱合器10連接,第二光纖稱合器10的com端與光電探測(cè)器11連接,光電探測(cè)器11接入電帶通濾波器12、電帶通濾波器12接入模數(shù)轉(zhuǎn)換器13、模數(shù)轉(zhuǎn)換器13再接入上位機(jī)14,以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄。
[0016]本發(fā)明中，由聲光調(diào)制器7的脈沖信號(hào)光經(jīng)過環(huán)形器6與經(jīng)過移頻器2、窄線寬濾波器3和擾偏器4的連續(xù)泵浦光從長(zhǎng)距離傳感光纖5的兩端分別接入，長(zhǎng)距離傳感光纖5作為傳輸介質(zhì)，又作為放大介質(zhì)，在整段長(zhǎng)距離傳感光纖5中泵浦光對(duì)脈沖信號(hào)光進(jìn)行分布式放大，能夠有效提高傳感信號(hào)的信噪比，同時(shí)，利用外差檢測(cè)技術(shù)或光學(xué)窄帶濾波技術(shù)，也能夠有效提聞系統(tǒng)的探測(cè)靈敏度。
[0017]如圖2所不,在相同信號(hào)光功率條件下,在125KM傳感光纖中使用反向拉曼放大方法與反向布里淵放大方法。圖2 (a)中，第二窄線寬光源9產(chǎn)生光經(jīng)過聲光調(diào)制器7和環(huán)形器6形成脈沖光，與從第一窄線寬光源I經(jīng)過移頻器2、窄線寬濾波器3和擾偏器4的連續(xù)光在傳感光纖中相遇，調(diào)整移頻器2，使連續(xù)光頻率與脈沖光的頻率差鎖定在長(zhǎng)距離傳感光纖5的布里淵頻移值上(典型值為頻差11GHZ)，信號(hào)光在長(zhǎng)距離傳感光纖5中產(chǎn)生受激布里淵放大，因?yàn)椴恍枰美?yīng)進(jìn)行放大，所以本法能夠有效抑制提高拉曼泵浦功率所造成的非線性效應(yīng)，同時(shí)允許我們用較低的泵浦功率實(shí)現(xiàn)更高的信噪比；而后向布里淵放大，也能夠有效放大整段光纖中各個(gè)位置的信號(hào)光，延長(zhǎng)傳感距離，提升傳感效果。泵浦光的輸入功率低，也能延長(zhǎng)傳感光纖的使用壽命。同時(shí)，探測(cè)端使用外差檢測(cè)方法，也能有效減小信噪比損失，提高探測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)靈敏度。
[0018]該圖2中，以125KM的長(zhǎng)距離傳感光纖為例，我們?cè)谛盘?hào)光功率相同的條件下,分別使用拉曼放大方法與布里淵放大方法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行放大，運(yùn)用拉曼放大方法時(shí)，泵浦光功率為26.9dBm ;運(yùn)用布里淵放大方法時(shí)，泵浦光功率為9.5dBm ;可以看到，運(yùn)用布里淵放大方法的時(shí)候，在長(zhǎng)距離傳感光纖5的中端與末端信號(hào)明顯優(yōu)于拉曼放大方法，并且達(dá)到圖2所示效果的時(shí)候，布里淵泵浦功率比拉曼泵浦功率小55倍。
[0019]如圖3所示，使用反向布里淵放大方法探測(cè)125KM傳感光纖不同位置擾動(dòng)效果圖?？梢钥吹剑痉椒ㄔ陂L(zhǎng)距離傳感光纖5的中端與末端均能得到較好的擾動(dòng)信號(hào)響應(yīng)，有很好的信噪比。以125KM的長(zhǎng)距離傳感光纖5為例，運(yùn)用布里淵放大方法，施加擾動(dòng)后，在75KM處探測(cè)到信噪比為13.2dB的擾動(dòng)信號(hào)，在125KM處，探測(cè)到信噪比為11.2dB的擾動(dòng)信號(hào)。
[0020]本發(fā)明已經(jīng)通過上述實(shí)施例進(jìn)行了說明，但應(yīng)當(dāng)理解的是，上述實(shí)施例只是用于舉例和說明的目的，而非意在將本發(fā)明限制于所描述的實(shí)施例范圍內(nèi)。此外本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施例，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)還可以做出更多種的變型和修改，這些變型和修改均落在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍以內(nèi)。本發(fā)明的保護(hù)范圍由附屬的權(quán)利要求書及其等效范圍所界定。
【權(quán)利要求】
1.一種基于布里淵放大的光時(shí)域反射計(jì)型光纖傳感系統(tǒng)，其特征在于:包括第一窄線寬光源(I)、移頻器(2)、窄線寬濾波器(3)、擾偏器(4)、長(zhǎng)距離傳感光纖(5)、環(huán)形器(6)、聲光調(diào)制器(7)、第一光纖耦合器(8)、第二窄線寬光源(9); 第二窄線寬光源(9)產(chǎn)生的連續(xù)光經(jīng)過第一光纖耦合器(8)分為兩路，其中一路為信號(hào)光，信號(hào)光經(jīng)過聲光調(diào)制器(7)調(diào)制產(chǎn)生高消光比的脈沖信號(hào)光，經(jīng)過環(huán)形器(6)接入長(zhǎng)距離傳感光纖(5); 第一窄線寬光源(I)經(jīng)過移頻器(2)移頻，使信號(hào)光頻率與泵浦光的頻率差為傳感光纖的布里淵頻移值，經(jīng)過窄線寬濾波器(3)接入擾偏器(4)進(jìn)行擾偏抑制產(chǎn)生泵浦光與長(zhǎng)距離傳感光纖(5)相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于布里淵放大的光時(shí)域反射計(jì)型光纖傳感系統(tǒng)，其特征在于:還包括第二光纖耦合器(10)、光電探測(cè)器(11)、電帶通濾波器(12)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(13)和上位機(jī)(14)； 第二窄線寬光源(9)產(chǎn)生的連續(xù)光經(jīng)過第一光纖耦合器(8)分得另一路本振光和環(huán)形器(6)經(jīng)過反向布里淵放大的信號(hào)光的瑞利散射信號(hào)分別接入第二光纖耦合器(10)，第二光纖耦合器(10)接入光電探測(cè)器(11)進(jìn)行拍頻，再接入電帶通濾波器(12)濾出脈沖信號(hào)光的瑞利散射信號(hào)和濾除掉泵浦光信號(hào)，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器(13)，再接入上位機(jī)(14)。
【文檔編號(hào)】G01D5/353GK103884363SQ201410130406
【公開日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2014年4月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月2日
【發(fā)明者】王子南, 周詣, 饒?jiān)平? 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)