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      一種可增強(qiáng)長(zhǎng)距離探測(cè)的分布式光纖振動(dòng)傳感器及方法

      文檔序號(hào):8280548閱讀:585來(lái)源:國(guó)知局
      一種可增強(qiáng)長(zhǎng)距離探測(cè)的分布式光纖振動(dòng)傳感器及方法
      【專利說(shuō)明】一種可增強(qiáng)長(zhǎng)距離探測(cè)的分布式光纖振動(dòng)傳感器及方法
      [0001]
      技術(shù)領(lǐng)域
      [0002]本發(fā)明涉及分布式光纖振動(dòng)傳感領(lǐng)域,尤其涉及一種可增強(qiáng)長(zhǎng)距離探測(cè)的分布式光纖振動(dòng)傳感器。本發(fā)明還涉及一種可增強(qiáng)長(zhǎng)距離探測(cè)的分布式光纖振動(dòng)傳感器的振動(dòng)傳感方法。
      【背景技術(shù)】
      [0003]周界安全防范、邊境防范、管道防破壞、地震檢測(cè)以及海嘯預(yù)警等傳感報(bào)警系統(tǒng)在保障人民生活安定、保護(hù)人民生命財(cái)產(chǎn)安全方面發(fā)揮著巨大作用,而這類信號(hào)的本質(zhì)是對(duì)振動(dòng)信號(hào)的檢測(cè)和分析。隨著光器件和光通信技術(shù)的發(fā)展,光纖傳感技術(shù)越來(lái)越多的應(yīng)用于傳感領(lǐng)域,逐步取代一些傳統(tǒng)的電類傳感器。
      [0004]目前,分布式光纖傳感技術(shù)是光傳感技術(shù)領(lǐng)域中最有應(yīng)用前景的,其基本原理是:由光源發(fā)出的光經(jīng)過(guò)光纖進(jìn)入調(diào)制區(qū),在被測(cè)對(duì)象的作用下,光的強(qiáng)度、波長(zhǎng)、頻率、相位、偏振態(tài)等光學(xué)性質(zhì)發(fā)生了變化,使它成為被調(diào)制了的信號(hào),再經(jīng)過(guò)光纖送入光探測(cè)器和電信號(hào)處理裝置,最終獲得待測(cè)對(duì)象的信息。
      [0005]其中長(zhǎng)距離分布式光纖振動(dòng)傳感器能夠通過(guò)一次測(cè)量,即可獲得光纖所經(jīng)區(qū)域入侵?jǐn)_動(dòng)的完整信息。長(zhǎng)距離分布式光纖振動(dòng)傳感器需要探測(cè)的區(qū)域很大,測(cè)量光纜越長(zhǎng)越好,然而,光在光纖中傳輸?shù)臅r(shí)候能量會(huì)發(fā)生損耗,光纖距離越長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致測(cè)量越不準(zhǔn)確,無(wú)法實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位。同時(shí),由于長(zhǎng)距離分布式光纖振動(dòng)傳感器的傳感光纖沿著探測(cè)防線敷設(shè),距離很長(zhǎng),光纖內(nèi)傳輸?shù)募す夤β拾踩仨毧紤],不能在光纜內(nèi)傳輸高功率的泵浦光,以使得系統(tǒng)設(shè)計(jì)達(dá)到安全規(guī)范。

      【發(fā)明內(nèi)容】

      [0006]為了解決現(xiàn)有的分布式光纖振動(dòng)傳感裝置在超長(zhǎng)距離測(cè)量時(shí)無(wú)法實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位的問(wèn)題以及激光傳輸?shù)墓β拾踩珕?wèn)題,本發(fā)明提供一種可增強(qiáng)長(zhǎng)距離探測(cè)的分布式光纖振動(dòng)傳感器。
      [0007]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:分布式光纖振動(dòng)傳感器包括解調(diào)儀和傳輸光纜兩部分,在解調(diào)儀中,窄線寬光源的輸出端和電光調(diào)制器的輸入端相連,窄脈沖驅(qū)動(dòng)器的輸出端和電光調(diào)制器的射頻輸入端相連,電光調(diào)制器的光輸出端和光放大器的輸入端相連,光放大器的輸出端和光纖環(huán)形器的輸入端相連,光纖環(huán)形器的輸出端一端連接傳感光纖,另一端連接偏振分束器,偏振分束器的第一輸出端和第一光接收模塊的輸入端相連,第二輸出端和第二光接收模塊輸入端相連。兩個(gè)光接收模塊的輸出端分別和雙通道AD采集器的兩個(gè)輸入端相連,雙通道AD采集器的輸出端和振動(dòng)信號(hào)分析處理系統(tǒng)的輸入端相連。
      [0008]在分布式光纖振動(dòng)傳感器的兩段傳感光纜連接處嵌入由光無(wú)源模塊、光纖環(huán)形器、光纖隔離器、2X2光纖耦合器、泵浦激光光源和電源組成的遠(yuǎn)端光纖中繼。
      [0009]從分布式光纖振動(dòng)傳感器解調(diào)儀內(nèi)的光纖環(huán)形器接出的傳感光纖連接到2X2光纖率禹合器的第一輸入端,2X2光纖稱合器的第一輸出端和光無(wú)源模塊的輸入端相連,光無(wú)源模塊的輸出端和光纖環(huán)形器的輸入端相連,光無(wú)源模塊的另一個(gè)輸入端和泵浦激光光源的輸出端相連,泵浦激光光源的一端和電源的輸出端相連,光纖環(huán)形器的公共輸出端和后段傳感光纖相連,反饋輸出端和光纖隔離器的輸入端相連,光纖隔離器的輸出端和2X2光纖耦合器的第二輸出端相連。遠(yuǎn)端光纖中繼放大經(jīng)前段傳感光纖損耗的光脈沖。
      [0010]窄線寬光源輸出的窄線寬連續(xù)光進(jìn)入電光調(diào)制器,在窄脈沖驅(qū)動(dòng)器的作用下調(diào)制成窄線寬脈沖光,窄線寬脈沖光經(jīng)光放大器放大后輸出所需大功率窄脈沖光,大功率窄脈沖光經(jīng)光纖環(huán)形器注入到傳感光纖中,在傳感光纖中將產(chǎn)生后向散射光,包括瑞利散射光。瑞利散射光從光纖環(huán)形器的輸出端進(jìn)入光纖偏振分束器,經(jīng)光纖偏振分束器分離后得攜帶振動(dòng)信號(hào)的X方向偏振瑞利散射光和Y方向偏振瑞利散射光,自此便完成了攜帶振動(dòng)信息光信號(hào)的提取工作;從光纖偏振分束器分離出來(lái)的X方向偏振瑞利散射光和Y方向偏振瑞利散射光再分別進(jìn)入第一光接收模塊和第二光接收模塊進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換,再經(jīng)前級(jí)放大,從而完成信號(hào)的光電探測(cè)工作;此時(shí)信號(hào)已由光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào),分別由雙通道AD采集器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換,從而得到數(shù)字信號(hào),再由振動(dòng)信號(hào)分析處理系統(tǒng)對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理分析得到整個(gè)防區(qū)的入侵振動(dòng)信息。
      [0011]為了實(shí)現(xiàn)該分布式光纖振動(dòng)傳感器的超遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè),本發(fā)明中傳感光纜間增加了遠(yuǎn)端光纖中繼,放大了經(jīng)前段傳感光纖損耗的光脈沖,注入后段傳感光纖中。采用光時(shí)域反射和干涉式測(cè)量方法,通過(guò)對(duì)多段傳感光纜之間引入N個(gè)遠(yuǎn)端光纖中繼進(jìn)行級(jí)聯(lián),從而實(shí)現(xiàn)定位型超遠(yuǎn)程分布式光纖振動(dòng)傳感器的NX L (L為每段傳感光纖長(zhǎng)度)超遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè),而且定位精度更高。
      [0012]本發(fā)明利用在分布式光纖振動(dòng)傳感器的多段傳感光纜間增加遠(yuǎn)端光纖中繼,放大經(jīng)前段傳感光纖損耗的光脈沖,增強(qiáng)了注入后段傳感光纖中的光脈沖功率,從而使后段傳感光纖的后向散射光的強(qiáng)度受到中繼放大,各傳感光纜分段分時(shí)進(jìn)行測(cè)量,從而提高了定位型分布式光纖振動(dòng)傳感器的信噪比,增大了分布式光纖振動(dòng)傳感器的測(cè)量距離,提高了振動(dòng)測(cè)量精度。
      【附圖說(shuō)明】
      [0013]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
      [0014]圖1為帶遠(yuǎn)端光纖中繼的分布式光纖振動(dòng)傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖;
      圖2為遠(yuǎn)端光纖中繼的結(jié)構(gòu)示意圖;
      主要組件符號(hào)說(shuō)明:
      窄線寬光源I;
      電光調(diào)制器2;
      窄脈沖驅(qū)動(dòng)器3;
      光放大器4;
      光纖環(huán)形器5;
      偏振分束器6;
      第一光接收模塊7; 第二光接收模塊8;
      雙通道AD采集器9;
      振動(dòng)信號(hào)分析處理系統(tǒng)10;
      泵浦激光光源15 ;
      遠(yuǎn)立而光纖中繼G ;
      光無(wú)源模塊14;
      2X2光纖耦合器11;
      光纖隔離器12;
      光纖環(huán)形器13;
      電源18。
      【具體實(shí)施方式】
      [0015]本實(shí)施例提供了一種基于光纖中繼的分布式光纖振動(dòng)傳感器及其傳感方法,下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)說(shuō)明。
      [0016]所述遠(yuǎn)程分布式光纖振動(dòng)傳感器包括解調(diào)儀和傳輸光纜,解調(diào)儀包括:窄線寬光源1、電光調(diào)制器2、窄脈沖驅(qū)動(dòng)器3、光放大器4、光纖環(huán)形器5、偏振分束器6、第一光接收模塊7、第二光接收模塊8、雙通道AD采集器9、振動(dòng)信號(hào)分析處理系統(tǒng)10、遠(yuǎn)端光纖中繼G、光無(wú)源模塊14、2X2光纖耦合器11、光纖隔離器12、光纖環(huán)形器13,電源18。
      [0017]窄線寬光源I的輸出端和電光調(diào)制器2的輸入端相連,窄脈沖驅(qū)動(dòng)器3的輸出端和電光調(diào)制器2的射頻輸入端相連,電光調(diào)制器2的輸出端和光放大器4的輸入端相連,光放大器4的輸出端和光纖環(huán)形器5的輸入端相連,光纖環(huán)形器5的輸出端一端連接傳感光纖,另一端連接偏振分束器6,偏振分束器6的第一輸出端和第一光接收模塊7的輸入端相連,第二輸出端和第二光接收模塊8輸入端相連。兩個(gè)光接收模塊的輸出端和雙通道AD采集器9的輸入端相連,雙通道AD米集器9的輸出端和振動(dòng)信號(hào)分析處理系統(tǒng)10的輸入端相連。
      [0018]在遠(yuǎn)程分布式光纖振動(dòng)傳感器的兩段傳感光纖連接處嵌入由光無(wú)源模塊14、光纖環(huán)形器13、光隔離器12及2X2光纖耦合器11、泵浦激光光源15和電源18組成的遠(yuǎn)端光纖中繼G。從分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)的光纖環(huán)形器連接出來(lái)的前段傳感光纖連接到2X2光纖稱合器11的輸入端,2X2光纖稱合器11的第一輸出端和光無(wú)源模塊14的輸入端相連,光無(wú)源模塊14的輸出端和光纖環(huán)形器13的輸入端相連,光無(wú)源模塊14的另一輸入端與泵浦激光光源15的輸出端相連,泵浦激光光源15的一端和電源18相連,光纖環(huán)形器13的公共輸出端和后段傳感光纖相連,反饋輸出端和光纖隔離器12的輸入端相連,光纖隔離器12的輸出端和2X2光纖I禹合器11的第二
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