換器；A:6與7的連接端口，信號從此處正向進(jìn)入傳感鏈路，或反向離開傳感鏈路；B:7與8的連接端口，信號從此端口正向進(jìn)入旋光鏡，或反射出旋光鏡；C:11、13、14的連接端口，信號從此端口正向進(jìn)入第三光纖耦合器，或反向離開第三光纖耦合器；D:
13、14的連接端口，泵浦激光與光信號耦合的端口 ；E:15與下一個11的連接端口，信號從端口正向離開摻鉺光纖，或反向進(jìn)入摻鉺光纖。
【具體實施方式】
[0039]現(xiàn)有的分布式光纖振動傳感定位系統(tǒng)，包含振動信息的光信號往往強度較弱，信噪比較低，在進(jìn)行長距離傳感時系統(tǒng)精度較低，穩(wěn)定性不夠，多次重復(fù)測量又會導(dǎo)致系統(tǒng)響應(yīng)時間長，實時性能較差。針對這些技術(shù)問題，本發(fā)明公開了一種基于雙向光放大的超長距離分布式光傳感方法及裝置。該裝置在直線型非對稱薩格納克干涉結(jié)構(gòu)的傳感鏈路上加入雙向光放大器，對傳感鏈路中的光信號進(jìn)行功率放大，突破傳統(tǒng)干涉結(jié)構(gòu)的傳感距離；利用干涉信號的頻譜對沿線振動源進(jìn)行監(jiān)控定位，為使系統(tǒng)適應(yīng)各種不同距離的傳感鏈路，采用采樣率自適應(yīng)的數(shù)據(jù)處理方法來增加系統(tǒng)的適用性和精確性；設(shè)計帶有監(jiān)控的壓控恒流激光器驅(qū)動電路和大動態(tài)范圍增益可調(diào)的接收模塊，保證超長距離傳感結(jié)果的高信噪比和精確性，也避免了可能出現(xiàn)的信號飽和情況，增加系統(tǒng)穩(wěn)定性。
[0040]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步描述
[0041]一.基于雙向光放大的超長距離分布式光傳感方法
[0042]本方法包括以下步驟:
[0043]如圖4所示，產(chǎn)生光強可調(diào)的寬譜光:壓控恒流源電路18的輸入電壓受到處理器24控制，通過改變電壓來改變驅(qū)動電流的大小，從而改變輸出寬譜光的光功率。
[0044]參數(shù)動態(tài)可調(diào)的收發(fā)電路具體為:恒流源電路18輸出預(yù)設(shè)恒定電流驅(qū)動寬帶光源17，采樣電路19將輸出電流大小轉(zhuǎn)化為電壓，通過ADC 23傳輸給處理器24，監(jiān)控輸出電流大小，同時處理器24通過DAC 26控制壓控恒流源18的輸出電流大小，改變寬帶光源17輸出功率。TEC (Thermoelectric Cooling，熱電冷卻)驅(qū)動電路25監(jiān)控寬帶光源17工作溫度并控制其恒定。
[0045]如圖1所示，產(chǎn)生由振動信號調(diào)制的干涉光信號:終端的寬帶光源I發(fā)出的光通過非對稱直線型薩格納克結(jié)構(gòu)，兩個方向的光先后在傳感鏈路7中受到外界振動源干擾，產(chǎn)生相位差，在返回至終端的耦合器2時匯合產(chǎn)生干涉光信號，表現(xiàn)出光強變化。
[0046]具體而言，本發(fā)明基于直線型薩格納克干涉儀和雙向光放大的光信號相位調(diào)制傳感:寬譜光源I發(fā)出寬帶光通過3X3光纖耦合器2，沿兩光纖臂3，4傳播，其中光纖臂3加入延時光纖5形成非對稱干涉結(jié)構(gòu)，兩路光通過光纖耦合器6進(jìn)入傳感鏈路結(jié)構(gòu)7，經(jīng)過傳輸和放大后抵達(dá)法拉利旋光鏡8，反方向延傳感鏈路傳輸并再次放大，然后再依次通過光纖耦合器6和光纖臂3，4，沿鏈路3-6-8-6-4和4-6_8-6_3傳播的兩路光在3 X 3光纖耦合器處匯集產(chǎn)生干涉光信號。當(dāng)傳感鏈路受到外界振動信號的擾動時，將引起傳感光纖中兩路傳輸光相位發(fā)生變化，傳輸光正反方向兩次通過超長距離傳感鏈路時受雙向光放大器放大光功率，匯合時形成高信噪比的相位調(diào)制傳感光信號，由光電探測器9，10接收探測信號光的強度變化，進(jìn)行實時數(shù)據(jù)分析處理，即可檢測沿傳感鏈路發(fā)生的振動事件，實現(xiàn)超長距離分布式振動傳感。
[0047]如圖2所示，信號光的傳輸放大:通過在直線型薩格納克干涉結(jié)構(gòu)傳感鏈路中加入雙向光放大結(jié)構(gòu)12，信號光在雙方向傳輸過程中得到光功率放大。具體而言，光信號從A端口進(jìn)入傳感鏈路，連接單模光纖11，再連接雙向光放大器結(jié)構(gòu)12，如此交替連接形成超長距離傳感鏈路，B端口連接法拉第旋光鏡。當(dāng)信號光進(jìn)入傳感鏈路，通過單模光纖11傳輸，功率衰減，再通過雙向光放大器12補償光功率，交替通過實現(xiàn)超長距離傳輸。
[0048]如圖3所示，基于摻鉺光纖的雙向光功率放大結(jié)構(gòu)12:980nm波長激光器作為泵譜光源13從D端口接入光纖耦合器14，E端口接一段摻鉺光纖15作為增益介質(zhì)，不接入隔離器以保證正向和反向光都能通過且得到光功率放大。當(dāng)信號光從C向E傳輸時，980nm光通過光纖耦合器14同向耦合進(jìn)摻鉺光纖15，對信號光進(jìn)行同向泵浦功率放大；當(dāng)信號光從E向C傳輸時，980nm光反向耦合進(jìn)摻鉺光纖15，對信號光進(jìn)行反向泵浦功率放大。當(dāng)傳感鏈路7中單模傳輸光纖11每增加一定長度(如80km)，加入一個雙向光放大器12補償光功率損耗，調(diào)整摻鉺光纖14長度和泵浦光源13的光功率使雙向光放大器12的增益等于增長單模傳輸光纖11額外帶來的損耗，從而保持通過傳感鏈路7的輸出信號光功率不變，實現(xiàn)信號光在傳感鏈路7中超長距離傳輸。
[0049]如圖4所示，信號光的光電接收:通過2路光電探測器20 (包括圖1中的9和10)將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)楣怆娏?，利用跨阻放大?1將其轉(zhuǎn)化為電壓信號，加入可編程儀表放大器22對接收電路的增益進(jìn)行大范圍調(diào)整，針對不同光功率得到高信噪比且不失真的電壓信號。
[0050]具體而言，光探測器20接收傳感鏈路中回來的信號光，產(chǎn)生的光電流通過跨阻放大器21轉(zhuǎn)化為電壓值，由可編程儀表放大器22對信號進(jìn)行第二級放大，通過ADC 23將信號傳給處理器24，對信號進(jìn)行分析處理計算，同時處理器24通過DAC 27對可編程儀表放大器22的增益系數(shù)進(jìn)行設(shè)定，調(diào)整電壓放大倍數(shù)。當(dāng)接入的傳感鏈路長度增大時，通過處理器24設(shè)定更高的驅(qū)動電流，增大寬帶光源17的輸出功率，加大可編程儀表放大器22的放大倍數(shù)，增大系統(tǒng)的信噪比。當(dāng)接入的傳感鏈路長度減小時，通過處理器24設(shè)定更小的驅(qū)動電流，減小光源功率，同時減小可編程儀表放大器22的放大倍數(shù)，避免信號飽和。
[0051]如圖5所示，數(shù)據(jù)處理和振動定位:采集存儲信號并進(jìn)行解調(diào)，得到信號中的相位信息，初步定位后計算初步定位距離，選取響應(yīng)的特定采樣頻率進(jìn)行大量采樣分析，提高定位精度。
[0052]二.基于雙向光放大的超長距離分布式光傳感裝置
[0053]1.基于雙向光放大的超長距離分布式光傳感系統(tǒng)裝置
[0054]本裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括:寬譜光源I，3 X 3光纖耦合器2，光纖臂3，4，延時線圈5，光纖耦合器6，超長距離傳感鏈路7，法拉第旋光鏡8，及光電探測器9，10，依次按光路連接。
[0055]本裝置工作原理是:單路超長距離傳感鏈路7沿監(jiān)測區(qū)域周界鋪設(shè)，寬譜ASE (Amplified Spontaneous Emiss1n，放大自發(fā)福射)光源I作為系統(tǒng)光源，其光譜寬度約為8nm，連接至3 X 3光纖耦合器2 —個進(jìn)口端，將耦合器中一個出口端做宏彎處理避免端面反射光，寬譜光通過3 X 3光纖耦合器2后會被1:1分為兩路光進(jìn)入兩光纖臂3、4，其中在光纖臂3中加入了一定長度(如0.5km)的單模光纖作為延時線圈5形成非對稱結(jié)構(gòu)，兩路光通過光纖耦合器6進(jìn)入傳感鏈路7。如圖2所示，在超長距離傳感鏈路中，信號光首先從A向B端口正向傳輸，每通過一定長度(如80km)的單模傳輸光纖11后進(jìn)入一個雙向光放大結(jié)構(gòu)12。如圖3所不，在雙向光放大結(jié)構(gòu)中，傳輸光從C端口通過光纖親合器14進(jìn)入一段摻鉺光纖15，同時980nm泵浦光13從D端口通過光纖耦合器14對信號光進(jìn)行同向泵浦光放大，得到放大的信號光從E端口進(jìn)入下一段單模傳輸光纖，經(jīng)過一定長度(如80km)傳輸后進(jìn)入下一個雙向光放大結(jié)構(gòu)12，信號光在鏈路中交替?zhèn)鬏敽头糯?，?dāng)?shù)竭_(dá)法拉第旋光鏡8時原路返回，再次進(jìn)入超長距離傳感鏈路7。在雙向光放大器結(jié)構(gòu)12中，光反方向從E端口向C端口傳輸進(jìn)入摻鉺光纖，而泵浦光從D端口通過光纖耦合器14進(jìn)入摻鉺光纖對信號光進(jìn)行反向泵浦光放大，放大后的光信號從C端口進(jìn)入下一段單模傳輸光纖，交替?zhèn)鬏敺糯蠛笠来瓮ㄟ^光纖耦合器6和光纖臂3、4，在3 X 3光纖耦合器2處匯合形成干涉，用2只光電探測器9、10對干涉光信號進(jìn)行接收。
[0056]當(dāng)傳感光纖鏈路中某一處或多出受到外界振動干擾時，兩個方向的傳輸光先后受到相位調(diào)制而產(chǎn)生相位差，這個時間差帶來的相位變化將反應(yīng)出振動源的位置信息，將光電探測器9、10收到的信號傳輸至控制模塊進(jìn)行實時數(shù)據(jù)處理即可以監(jiān)測傳感鏈路沿線的振動事件。
[0057]2.適用于各長度傳感鏈路的可控光收發(fā)模塊結(jié)構(gòu)
[0058]本裝置結(jié)構(gòu)如圖4所示，包括:光探測鏈路16，寬譜光源17，負(fù)反饋恒流源電路18，電流采樣電路19，DAC 26，27，TEC控制電路25，光電探測器20，跨阻抗放大器21，可編程儀表放大器22，ADC 23，及MCU 24。
[0059]本裝置工作原理是:光源驅(qū)動模塊采用壓控負(fù)反饋恒流源18輸出電流，該電路輸出電流由輸入端電壓給定，電流采樣電路19對輸出的電流進(jìn)行采樣并將結(jié)果通過ADC 23輸出給處理器24，同時處理器通過DAC 26調(diào)整