CN101893802A - 光传感中继放大装置及方法 - Google Patents

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杨斌
皋魏
席刚
仝芳轩
周正仙
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Abstract

本发明公开了一种光传感中继放大装置及方法，属于光纤传感中继放大技术领域，该装置包括光纤耦合器、光放大器和光纤环形器，光纤耦合器的输出端和光放大器的输入端相连，光放大器的输出端和光纤环形器的输入端相连，光纤环形器输出端和光纤耦合器的输入端相连。通过将该中继放大传感装置嵌入到创感光纤的连接处，可以放大在传感光纤中损耗的窄脉冲激光，使激光在光纤中中继传输，使得传感光缆分段分时进行测量，从而提高了信号测量精度，实现了传感光纤的N×L的超远程测量。

Description

光传感中继放大装置及方法
技术领域
本发明涉及光纤传感中继放大技术领域，尤其涉及分布式光纤温度传感过程中的中继放大传感方法与装置。
背景技术
在分布式光纤传感器中，利用光纤自发散射光强度受温度、应力、振动等调制的原理和光时域反射原理制成的分布式光纤传感器，具有广阔的应用市场。由于光在光纤中传输时光功率会发生损耗，以及受传感器系统信噪比的限制，测量长度一直不能满足需要。
在中华人民共和国国家知识产权局于2008年4月16日公开的名为“超远程分布式光纤拉曼与布里渊光子传感器”的发明专利中公开了一种远程分布式光纤温度传感器，该分布式光纤温度传感器利用光纤受激拉曼散射效应，通过在传感器中嵌入光纤拉曼放大器，放大接收到的后向拉曼散射光，可以实现100km的测量距离。然而脉冲光在光纤中传输时，随着光功率的衰减，当衰减到某个值后就不能产生拉曼散射光或者非常微弱，所以远距离处的光纤内无拉曼散射光或者微弱的拉曼散射光无法到达该分布式光纤温度传感器的光纤拉曼放大器内。
该发明专利公布的分布式光纤温度传感器并不能从根本上解决长距离测量带来的测量不精确问题，且在实际应用中，光纤拉曼放大器价格昂贵，大大提高了设备的成本。
发明内容
为了补偿传输光纤中损耗的光功率，增大传输光线的距离，本发明提供一种光传感中继放大装置及方法。
本发明的目的是这样实现的：一种光传感中继放大装置，包括光纤耦合器，光放大器和光纤环形器；光纤耦合器的输出端和光放大器的输入端相连，光放大器的输出端和光纤环形器的输入端相连，光纤环形器输出端和光纤耦合器的输入端相连。
当光在光纤中传输时，光功率会发生损耗，因而，光纤的传感距离会受到限制。当在光纤的连接处嵌入光传感中继放大装置后，光通过光纤耦合器进入光放大器中，损耗的激光在光放大器中放大为原来的光功率，然后通过光纤环形器进入下一段传感光纤中传输，可以在光纤的连接处嵌入N个光传感中继放大装置，实现N×L(每段光纤长度)距离的光纤传感。
为了使光纤中产生的后向散射光顺利地回到传感光纤起始端的测量主机，可以在光纤环形器和光纤耦合器中间再加一个光放大器；光纤环形器的输出端和光放大器的输入端相连，光放大器的输出端和光纤耦合器的输入端相连，该放大器用于放大光在光纤中传输时产生的后向散射光。
在测量野外振动、应力等信号时，由于光放大器供电不便，同时为了使传感光纤不被检测到，即保证传输光纤的全光纤特性，可以把光传感中继放大装置中的光放大器替换为光无源模块和置于传感光纤一端测量主机中的泵浦激光光源。泵浦激光光源的光信号通过光纤远距离传输至无源光模块组成光放大器，光纤耦合器的输出端和无源光模块的输入端相连，无源光模块的输出端和光纤环形器的输入端相连，多段传感光纤之间仅由光放大器的无源光模块连接，可实现现场全光纤传感特测需求，安全性与隐蔽性更高。
当测量温度信号时，上述的光纤耦合器可以替换为光纤波分复用器。
本发明的有益效果在于：本发明揭示了一种光传感中继放大装置。将其放置在传感光纤中，可以放大经传感光纤损耗的激光，增强了后段传感光纤中自发后向散射光的强度。在传感光纤中级联N级集成光中继放大光模块，使得传感光纤分段分时进行测量，从而提高了信号测量精度，可实现现场全光纤传感特测需求，安全性与隐蔽性更高。
附图说明
图1是光传感中继放大装置结构示意图；
图2是反馈式光传感中继放大装置结构示意图；
图3是泵浦式光传感中继放大装置结构示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种光传感中继放大装置结构示意图，下面结合附图进一步说明本发明的具体实施方式。
具体实施例1：一种光传感中继放大装置，是由光纤耦合器1、光放大器2和光纤环形器3构成，光纤耦合器1的输出端和光放大器2的输入端相连，光放大器2的输出端和光纤环形器3的输入端相连，光纤环形器3输出端和光纤耦合器1的输入端相连。
光在光纤中传输时光功率会发生损耗，光通过光纤耦合器1进入光放大器2中，放大为原来功率的光，放大后的光通过光纤环形器3进入后段传感光线中继续传输。光在光纤中传输时会产生后向散射光，光放大器2放大入射光的同时，由入射光产生的后向散射光也会变大，通过光纤环形器进入光纤耦合器，最后通过前段传感光纤进入测量主机中进行计算定位。
进一步的，所述的光纤环形器3可以由一个光纤耦合器替换。
具体实施例2：一种光传感中继放大装置，是由光纤耦合器1、光放大器2、光放大器4和光纤环形器3构成，光纤耦合器1的输出端和光放大器2的输入端相连，光放大器2的输出端和光纤环形器3的输入端相连，光纤环形器3输出端和光放大器4的输入端相连，光放大器4的输出端和光纤耦合器1的输入端相连。
光在光纤中传输时光功率会发生损耗，光通过光纤耦合器1进入光放大器2中，放大为原来功率的光，放大后的光通过光纤环形器3进入后段传感光线中继续传输。光在光纤中传输时会产生后向散射光，后向散射光在光纤中传输时也会发生功率损耗，通过在光纤环形器和光纤耦合器之间再加一个光放大器，使得后向散射光在光纤中后向传输时也能得到功率补偿。
具体实施例3：一种光传感中继放大装置，是由光纤耦合器1、无源光模块6、泵浦激光光源7和光纤环形器3构成，光纤耦合器1的输出端和无源光模块6的输入端相连，无源光模块6的输出端和光纤环形器3的输入端相连，泵浦激光光源7的光信号通过光纤远距离传输至无源光模块6组成光放大器，光纤环形器3输出端和光纤耦合器1的输入端相连。
这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其他形式、结构、布置、比例，以及用其他元件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其他变形和改变。

Claims (8)

1.一种光传感中继放大装置，其特征在于：该光传感中继放大装置由光纤耦合器(1)、光放大器(2)和光纤环形器(3)构成，光纤耦合器(1)的输出端和光放大器(2)的输入端相连，光放大器(2)的输出端和光纤环形器(3)的输入端相连，光纤环形器(3)输出端和光纤耦合器(1)的输入端相连。
2.根据权利要求1所述的一种光传感中继放大装置，其特征在于：所述的光纤环形器(3)和光纤耦合器(1)之间添加一个光放大器(4)，光纤环形器(3)的输出端和和光放大器(4)的输入端相连，光放大器(4)的输出端和光纤耦合器(1)的输入端相连。
3.根据权利要求1所述的一种光传感中继放大装置，其特征在于，所述的光放大器(2)可以用无源光模块(6)和泵浦激光光源(7)组成的光放大器替换，光纤耦合器(1)的输出端和无源光模块(6)的输入端相连，无源光模块(6)输出端和光纤环形器(3)的输入端相连，光纤环形器(3)的输出端和光纤耦合器(1)的输入端相连，泵浦激光光源(7)位于传感光纤端口的传感器主机中，通过传感光纤和无源光模块(6)远距离相连。
4.根据权利要求1至3中的任一权利要求所述的一种光传感中继放大装置，其特征在于，该装置有一个输入端和一个输出端，分别连接前后两段传感光纤。
5.根据权利要求1至3中的任一权利要求所述的一种光传感中继放大装置，其特征在于，所述的光纤耦合器(1)可以用光纤波分复用器替换。
6.根据权利要求1至3中的任一权利要求所述的一种光传感中继放大装置，其特征在于：所述的光传感中继放大装置可以在传感光纤中实现N级级联，实现N×L长度的距离测量。
7.根根据权利要求1至3中的任一权利要求所述的一种光传感中继放大装置，其特征在于：所述的光纤环形器(3)可以由一个光纤耦合器替换。
8.一种光传感中继放大方法，光通过光纤耦合器(1)进入光放大器(2)中，放大为原来功率的光，放大后的光通过光纤环形器(3)进入后段传感光线中继续传输，光在光纤中传输时会产生后向散射光，经光放大器(2)放大后的入射光，产生的后向散射光也会相应变大，通过光纤环形器(3)进入光纤耦合器(1)，最后通过前段传感光纤进入测量主机中进行计算定位。
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