CN107560711A - 一种分段耦合干涉型的分布式光纤传感器系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种分段耦合干涉型的分布式光纤传感器系统，包括信号处理单元、光学处理单元和N个光纤传感器单元；其中，光学处理单元包括：光源模块、光源耦合器、正向光环行器和反向光环行器；在正向光环行器与反向光环行器之间，通过单模光纤依次串联N个光纤传感器单元；每个光纤传感器单元均包含：第一耦合器、传感光纤、参考光纤和第二耦合器；传感光纤连接在第一耦合器和所述第二耦合器之间；参考光纤连接在第一耦合器和第二耦合器之间；传感光纤与参考光纤的长度相同。采用本发明实施例，可对任意区域进行传感屏蔽，提高系统的探测灵敏度，降低虚警率。
Description
技术领域
本发明涉及地质监测技术领域，尤其涉及一种分段耦合干涉型的分布式光纤传感器系统。
背景技术
光纤传感是20世纪70年代伴随着光纤通信迅速发展起来的一种传感技术，它以光波为载体，光纤为媒介，实现被测量信号的感知和传输。在各种类型的分布式光纤传感器中，干涉型光纤传感器对振动具有很强的敏感性，同时具有结构相对简单，解调过程较为简单，连续高灵敏度的可传感范围，稳定性高等优势。目前广泛应用的定位方法为“互相关时延差法”，这种方法通过计算单一预警信号分别到达探测器A与探测器B的时间差来计算信号发生的位置，对单一信号定位效果很好。但是，当同一时刻有多个不同位置的预警信号到来时，它们会在探测器A与B处混叠，而且由于不同位置预警信号分别到达探测器的时间也不同，系统很难区分这些预警信号，更不能同时定位多个预警信号。
此外，传感光纤的铺设一般是监测区域内全路段铺设，但是在实际应用中，传感区域常会经过高噪音路段，而这些区域一般是不被监测的区域，而这些强噪声区域对传感光臂的干扰非常大，导致系统发生误报，提高虚警率，降低系统的探测精度和可靠性。
发明内容
本发明实施例提出一种分段耦合干涉型的分布式光纤传感器系统，可对任意区域进行传感屏蔽，提高系统的探测灵敏度，降低虚警率。
本发明实施例提供一种分段耦合干涉型的分布式光纤传感器系统，包括：信号处理单元、光学处理单元和N个光纤传感器单元；N≥1；
其中，所述信号处理单元与光学处理单元连接；
所述光学处理单元包括：光源模块、光源耦合器、正向光环行器和反向光环行器；所述光源模块与所述光源耦合器连接；所述光源耦合器分别与正向光环行器、反向光环行器连接；
在所述正向光环行器与所述反向光环行器之间，通过单模光纤依次串联所述N个光纤传感器单元；
每个所述光纤传感器单元均包含：第一耦合器、传感光纤、参考光纤和第二耦合器；所述传感光纤连接在所述第一耦合器和所述第二耦合器之间；所述参考光纤连接在所述第一耦合器和所述第二耦合器之间；所述传感光纤与所述参考光纤的长度相同。
进一步的，所述N个光纤传感器单元依次部署在N个监测区域；其中，所述N个监测区域由用户预先设置，且相邻监测区域之间的非监测区域由所述单模光纤连通。
进一步的，所述信号处理单元包括：上位机、数据采集卡、第一光电转换电路和第二光电转换电路；
所述上位机与数据采集卡连接；
所述数据采集卡通过同轴电缆分别与所述第一光电转换电路、第二光电转换电路连接。
进一步的，所述信号处理单元与光学处理单元连接，具体为：
所述第一光电转换电路与所述反向光环行器连接；
所述第二光电转换电路与所述正向光环行器连接。
进一步的，所述光源模块为红外光激光生成模块。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
本发明实施例提供的分段耦合干涉型的分布式光纤传感器系统，包括：信号处理单元、光学处理单元和N个光纤传感器单元；光学处理单元包括：光源模块、光源耦合器、正向光环行器和反向光环行器；在正向光环行器与反向光环行器之间，通过单模光纤依次串联N个光纤传感器单元；每个光纤传感器单元均包含：第一耦合器、传感光纤、参考光纤和第二耦合器；传感光纤连接在第一耦合器和第二耦合器之间；参考光纤连接在第一耦合器和第二耦合器之间；传感光纤与所述参考光纤的长度相同。相比于现有技术的监控区域全路段铺设传感光纤和参考光纤，本发明技术方案采用分段式铺设，监控区域部署一个光纤传感器单元，各相邻光纤传感器单元之间的非监测区域通过单模光纤连接，从而避开非监测区域的回波振动信号或干扰噪声，大大提高系统的探测灵敏度，降低虚警率。
附图说明
图1是本发明提供的分段耦合干涉型的分布式光纤传感器系统的一种实施例的结构示意图；
图2是本发明提供的分段耦合干涉型的分布式光纤传感器系统的另一种实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，是本发明提供的分段耦合干涉型的分布式光纤传感器系统的一种实施例的结构示意图。该系统包括：信号处理单元、光学处理单元和N个光纤传感器单元。在本实施例中，N的值为2。
其中，信号处理单元与光学处理单元连接。信号处理单元包括：上位机1、数据采集卡3、第一光电转换电路5和第二光电转换电路6。上位机1与数据采集卡3连接；数据采集卡3通过同轴电缆4-1和4-2分别与第一光电转换电路5、第二光电转换电路6连接。
光学处理单元包括：光源模块15、光源耦合器14、正向光环行器9和反向光环行器8。光源模块15与光源耦合器14连接；光源耦合器14分别与正向光环行器9、反向光环行器8连接。在正向光环行器9与反向光环行器8之间，通过单模光纤(10-2、22、10-1)依次串联N个光纤传感器单元。
在本实施例中，每个光纤传感器单元均包含：第一耦合器(12、20)、传感光纤(17、19)、参考光纤(16、18)和第二耦合器(21、11)；传感光纤(17、19)连接在第一耦合器(12、20)和第二耦合器(21、11)之间；参考光纤(16、18)连接在所述第一耦合器(12、20)和第二耦合器(21、11)之间；传感光纤17与参考光纤16的长度相同；传感光纤19与参考光纤18的长度相同。
在本实施例中，N个光纤传感器单元依次部署在N个监测区域；其中，N个监测区域由用户预先设置，且相邻监测区域之间的非监测区域由单模光纤连通。
在本实施例中，光纤7-1、7-2、10-1、10-2、13-1、13-2、22均为单模光纤。
在本实施例中，信号处理单元与光学处理单元连接，具体为：第一光电转换电路5与反向光环行器8连接；第二光电转换电路6与正向光环行器9连接。
在本实施例中，光源模块15为红外光激光生成模块。
在本实施例中，在接收到应力应变信号以后，光源模块15调制内部1550nm激光向相反方向传输。传感光纤与参考光臂通过耦合器20、21与单根单模光纤22串联使用。干涉光通过单模光纤10-1和10-2连接到环形器8和环形器9，将干涉产生的回光信号通过单模光纤7-1和7-2输送到光电转换电路5和6中。单模光纤10-1和10-2采用光纤跳线或熔接方法与环形器8、9相连接，单模光纤7-1和7-2也是采用跳线或熔接与光电转换电路AB连接。光源模块15采用3db耦合器14将光路平均分成2部分，分别采用单模光纤13-1、13-2与环形器8、9连接。光电转换电路输出采用同轴电缆4-1和4-2与数据采集卡3连接，数据采集卡的电缆4-2、4-2传输光电检测模块输出的模拟电压信号，经过AD变换后输送到计算机，完成数据采集和解算。
作为本实施例的一种举例，参见图2，图2是本发明提供的分段耦合干涉型的分布式光纤传感器系统的另一种实施例的结构示意图。如图2所述，N的值为5。整个级联系统构成一整套分布式分段光纤传感器系统。
由上可见，本发明实施例提供的分段耦合干涉型的分布式光纤传感器系统，包括：信号处理单元、光学处理单元和N个光纤传感器单元；光学处理单元包括：光源模块、光源耦合器、正向光环行器和反向光环行器；在正向光环行器与反向光环行器之间，通过单模光纤依次串联N个光纤传感器单元；每个光纤传感器单元均包含：第一耦合器、传感光纤、参考光纤和第二耦合器；传感光纤连接在第一耦合器和第二耦合器之间；参考光纤连接在第一耦合器和第二耦合器之间；传感光纤与所述参考光纤的长度相同。相比于现有技术的监控区域全路段铺设传感光纤和参考光纤，本发明技术方案采用分段式铺设，监控区域部署一个光纤传感器单元，各相邻光纤传感器单元之间的非监测区域通过单模光纤连接，从而避开非监测区域的回波振动信号或干扰噪声，大大提高系统的探测灵敏度，降低虚警率。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种分段耦合干涉型的分布式光纤传感器系统，其特征在于，包括：信号处理单元、光学处理单元和N个光纤传感器单元；N≥1；
其中，所述信号处理单元与光学处理单元连接；
所述光学处理单元包括：光源模块、光源耦合器、正向光环行器和反向光环行器；所述光源模块与所述光源耦合器连接；所述光源耦合器分别与正向光环行器、反向光环行器连接；
在所述正向光环行器与所述反向光环行器之间，通过单模光纤依次串联所述N个光纤传感器单元；
每个所述光纤传感器单元均包含：第一耦合器、传感光纤、参考光纤和第二耦合器；所述传感光纤连接在所述第一耦合器和所述第二耦合器之间；所述参考光纤连接在所述第一耦合器和所述第二耦合器之间；所述传感光纤与所述参考光纤的长度相同。
2.根据权利要求1所述的分段耦合干涉型的分布式光纤传感器系统，其特征在于，所述N个光纤传感器单元依次部署在N个监测区域；其中，所述N个监测区域由用户预先设置，且相邻监测区域之间的非监测区域由所述单模光纤连通。
3.根据权利要求2所述的分段耦合干涉型的分布式光纤传感器系统，其特征在于，所述信号处理单元包括：上位机、数据采集卡、第一光电转换电路和第二光电转换电路；
所述上位机与数据采集卡连接；
所述数据采集卡通过同轴电缆分别与所述第一光电转换电路、第二光电转换电路连接。
4.根据权利要求3所述的分段耦合干涉型的分布式光纤传感器系统，其特征在于，所述信号处理单元与光学处理单元连接，具体为：
所述第一光电转换电路与所述反向光环行器连接；
所述第二光电转换电路与所述正向光环行器连接。
5.根据权利要求2所述的分段耦合干涉型的分布式光纤传感器系统，其特征在于，所述光源模块为红外光激光生成模块。
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