CN102829807A - Botda和potdr相结合的分布式光纤传感系统 - Google Patents

Botda和potdr相结合的分布式光纤传感系统 Download PDF

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Abstract

本方法公开了一种布里渊光时域分析仪（BOTDA）和偏振光时域反射计（POTDR）相结合的分布式光纤传感系统。本系统是在一套系统中结合了传统的BOTDA和POTDR，可以在检测长距离温度和应变的信息的同时实现长距离入侵的动态监测，从而构成具有入侵预警和安全监测双重功能的复合式光纤时域分析监测网，可有效遏制人为和自然事故的发生，具有广泛的应用前景。

Description

BOTDA和POTDR相结合的分布式光纤传感系统
技术领域
本发明涉及光纤技术领域，具体涉及一种基于BOTDA（布里渊光时域分析仪）和POTDR（偏振光时域反射计）相结合的分布式光纤传感系统。
背景技术
分布式光纤传感技术以光纤为传感介质，可以同时获取传感光纤区域内随时间和空间变化的被测物理量的分布信息。
基于受激布里渊散射的布里渊光时域分析仪（BOTDA）在温度、应变测量上所达到测量精度、测量范围以及空间分辨率均高于其它传感技术，这种技术在建筑物、石油管道、电力设施健康检测、火灾预警等方面有广泛的应用前景。
偏振光时域反射(POTDR)传感是通过检测光纤中偏振态变化来达到分布式光纤传感的目的。由于在传感光纤反射点处散射光与前向传输光的偏振态直接相关，因此背向瑞利散射光就携带有散射点处前向传输光的偏振信息，所以对背向散射光的偏振态进行检测即可获得外界物理量的变化。
实际应用中，在关系国计民生、国家命脉的重要监测场合（如石油管道、地埋高压线等安全监测），除了需要对其温度、应变等参量进行长期监测之外，还需要对盗油、盗电缆等突发事件做出即时响应。传统的布里渊光纤传感器对应变的感知速度相对较慢，因此很难进行即时报警，因此必须辅以另外的长距离实时监测技术手段。基于瑞利散射的POTDR以其实时动态监测、高灵敏度、传感距离远、定位准确成为安防领域应用最有发展前景的分布式光纤传感网。因此在同时融合了BOTDA和POTDR的光纤传感网中，利用POTDR工作模式进行入侵扰动动态监测，同时利用BOTDA工作模式进行温度和应变的定量监测，可构成具有入侵预警和安全监测双重功能的复合式光纤时域分析监测网，可有效遏制人为和自然事故的发生，具有广泛的应用前景。
发明内容
本发明所要解决的问题是：提供一种基于BOTDA和POTDR相结合的分布式光纤传感系统，共用激光源，器件以及传感光纤，在能检测温度/应变值的情况下，同时快速的检测入侵扰动，构成具有入侵预警和安全监测双重功能的复合式光纤时域分析监测网。
本发明所提出的技术问题是这样解决的，提供一种基于BOTDA和POTDR相结合的分布式光纤传感系统：该系统方法包括以下步骤：
a) 将连续光激光器输出的偏振光用分束器分成两路之后得到的两路光分别作为BOTDA的探测光和泵浦光，作为BOTDA的泵浦光的这一路光同时作为POTDR的信号光；或采用两个激光源，波长差为Xnm，两路光分别作为BOTDA的探测光和泵浦光，作为BOTDA的泵浦光的这一路光同时作为POTDR的信号光；
b)步骤a中所述探测光通过微波源驱动的电光调制器调制，对原始载波进行频率搬移，然后放大之后经过扰偏器，进入传感光纤；
c)步骤a中所述泵浦光通过波形发生卡驱动的声光调制器产生脉冲，经放大之后，进入传感光纤；或其中POTDR的信号光与BOTDA的泵浦光通过波分复用器WDM进行合束后经过同一个声光调制器产生脉冲，经放大之后，进入传感光纤；
d)正向传播的探测光和反向散射的泵浦光经环行器3端口输出，通过波分复用器WDM，分成的两路光信号分别经过探测器，然后对数据分别进行处理； 
e)向传感光纤注入探测光及泵浦光，对微波发生器扫频，通过对波分复用器WDM的一路输出信号进行数据处理可得出功率-布里渊频移-距离三维图，从而计算出传感光纤的温度/应变分布；同时，对另一路信号进行数据处理，可计算光纤中发生显著偏振变化的位置，从而实时获取出传感光纤的扰动信息。
进一步地，所述基于BOTDA和POTDR相结合的分布式光纤传感系统，其特征在于，步骤a中，探测光是非偏振光（例如，可将扰偏器置于电光调制器之后，将原先的偏振光信号进行充分去偏）；泵浦光是偏振光，使这一路偏振光作为布里渊泵浦光的同时能作为P-OTDR的信号光。
进一步地，所述基于BOTDA和POTDR相结合的分布式光纤传感系统，其特征在于，步骤d中，采用窄带波分复用器WDM，分离出经过声光移频之后的泵浦光信号和探测光短波长边带信号。
更进一步地，所述基于BOTDA和POTDR相结合的分布式光纤传感系统，其特征在于，步骤a中，采用两个激光源，波长差为Xnm (显著大于传感光纤的布里渊频移)，其中POTDR的信号光与BOTDA的泵浦光通过波分复用器WDM进行合束后经过同一个声光调制器加载脉冲信号；在环形器的3端口，通过另一个波分复用器WDM分离探测光短波长边带信号和P-OTDR信号光后分别进行探测。
附图说明
图1是本发明所提供的基于BOTDA和POTDR相结合的分布式光纤传感系统结构图；其中，1、激光器，2、耦合器，3、声光调制器，4、掺铒光纤放大器，5、隔离器，6、探测器，7、波分复用器WDM，8、环行器，9、长距离光纤，10、扰偏器，11、隔离器，12、数据采集处理系统，13、掺铒光纤放大器，14、电光调制器，15、频率源，16、偏振控制器，17、波形发生卡，18、探测器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述：
如图1所示：本发明的布里渊光时域分析系统，包括1、激光器，2、耦合器，3、声光调制器，4、掺铒光纤放大器，5、隔离器，6、探测器，7、分复用器WDM，8、环行器，9、长距离光纤，10、扰偏器，11、隔离器，12、数据采集处理系统，13、掺铒光纤放大器，14、电光调制器，15、频率源，16、偏振控制器，17、波形发生卡，18、探测器。其中，激光器1与耦合器2相连，把激光分成两束，耦合器2与声光调制器3相连，声光调制器3与信号发生器17相连，信号发生器17用来驱动声光调制器，声光调制器将激光调制成脉冲光，声光调制器与掺铒光纤放大器4相连，掺铒光纤放大器4与隔离器5相连，隔离器5与环行器8的1端口相连，环行器8的2端口与长距离光纤9相连；耦合器2与偏振控制器16相连，偏振控制器16与电光调制器14相连，用来克服所述电光调制器的偏振相关性，微波源15与电光调制器14相连，微波源用来驱动电光调制器14，电光调制器14与掺铒光纤放大器13相连，掺铒光纤放大器13与隔离器11相连，隔离器11与扰偏器10相连，扰偏器10与长距离光纤相连；环行器8的3端口与波分复用器WDM7相连，波分复用器WDM7分别与探测器6和探测器18相连，探测器18与探测器6与数据采集处理模块12相连。
本发明所提出的技术问题是这样解决的：提供一种基于BOTDA和POTDR相结合的分布式光纤传感系统：该方法包括以下步骤：
a) 将连续光激光器输出的偏振光用分束器分成两路之后得到的两路光分别作为BOTDA的探测光和泵浦光，作为BOTDA的泵浦光的这一路光同时作为POTDR的信号光；
b)步骤a中所述探测光通过微波源驱动的电光调制器调制，对原始载波进行频率搬移，然后放大之后经过扰偏器，进入传感光纤；
c)步骤a中所述泵浦光通过波形发生卡驱动的声光调制器产生脉冲，经放大之后，进入传感光纤；
d)正向传播的探测光和反向散射的泵浦光经环行器3端口输出，通过波分复用器WDM，分成的两路光信号分别经过探测器，然后对数据分别进行处理；
e)向传感光纤注入探测光及布里渊泵浦光，对微波发生器扫频，通过对波分复用器WDM的一路输出信号进行数据处理可得出功率-布里渊频移-距离三维图，从而计算出传感光纤的温度/应变分布；同时，对另一路信号进行数据处理，可计算光纤中发生显著偏振变化的位置，从而实时获取出传感光纤的扰动信息。

Claims (3)

1.一种基于BOTDA和POTDR相结合的分布式光纤传感系统，该方法包括一下步骤：
       a) 将连续光激光器输出的偏振光用分束器分成两路之后得到的两路光分别作为BOTDA的探测光和泵浦光，作为BOTDA的泵浦光的这一路光同时作为POTDR的信号光；或采用两个激光源，波长差为Xnm，两路光分别作为BOTDA的探测光和泵浦光，作为BOTDA的泵浦光的这一路光同时作为POTDR的信号光；b)步骤a中所述探测光通过微波源驱动的电光调制器调制，对原始载波进行频率搬移，然后放大之后经过扰偏器，进入传感光纤；
c)步骤a中所述泵浦光通过波形发生卡驱动的声光调制器产生脉冲，经放大之后，进入传感光纤；或其中POTDR的信号光与BOTDA的泵浦光通过波分复用器WDM进行合束后经过同一个声光调制器产生脉冲，经放大之后，进入传感光纤；
d)正向传播的探测光和反向散射的泵浦光经环行器3端口输出，通过波分复用器WDM，分成的两路光信号分别经过探测器，然后对数据分别进行处理； 
e)向传感光纤注入探测光及泵浦光，对微波发生器扫频，通过对波分复用器WDM的一路输出信号进行数据处理可得出功率-布里渊频移-距离三维图，从而计算出传感光纤的温度/应变分布；同时，对另一路信号进行数据处理，可计算光纤中发生显著偏振变化的位置，从而实时获取出传感光纤的扰动信息。
2.如权利要求1所述基于BOTDA和POTDR相结合的分布式光纤传感系统，其特征在于，步骤a中，探测光是非偏振光；泵浦光是偏振光，使这一路偏振光作为布里渊泵浦光的同时能作为P-OTDR的信号光。
3.如权利要求1所述基于BOTDA和POTDR相结合的分布式光纤传感系统，其特征在于，步骤d中，采用窄带波分复用器WDM，分离出经过声光移频之后的泵浦光信号和探测光短波长边带信号。
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