CN109556703A - 一种基于时分复用技术的分布式声波探测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于时分复用技术的分布式声波探测系统，应用于光纤传感技术领域，通过引入多个波分复用器，将波长可调的脉冲光源的不同波长光分离，然后通过环形器与传感光纤，使不同波长光相互交织在不同时间段内，沿着同一光纤传输至相位解调系统；本发明增加了系统的脉冲重复频率，有效提高了待解调相位信号的频率范围，从而提高传感信号的解调性能。

Description

一种基于时分复用技术的分布式声波探测系统
技术领域
本发明属于光纤传感领域，特别涉及一种信号探测技术。
背景技术
随着光纤传感走向实际应用，信号探测的方法与系统是一个关键环节。例如分布式振动传感系统，其传感量为具有一定频率的振动信号，通过探测振动信号改变的传感光纤中的光相位来解调信号。
在通常的分布式光纤振动传感系统中，宽带的波长可调的脉冲光源发出的脉冲光经过传感光纤，通过探测器探测背向瑞利散射光，这种系统中在一段传感光纤内一次最多只允许有一个脉冲存在，故光重复频率与传感光纤长度成反比。而光的重复频率会直接决定待测振动信号的频率上限，因此这种系统无法同时做到长距离和高频探测。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出一种基于时分复用技术的分布式声波探测系统，通过使用波长可调的宽带光源和波分复用器以及环形器，将不同波长的光分开，并通过组合环形器，使不同波长的光信号相互交织在不同时间段内，沿着同一个光纤传输至相位解调系统中，形成了一个时分复用系统。
本发明采用的技术方案为：一种基于时分复用技术的分布式声波探测系统，包括：波长可调的脉冲光源、与该脉冲光源所产生波长光数量相同的波分复用器、每一波分复用器对应一环形器；
波分复用器将波长可调的脉冲光源的不同波长光分离，经某波分复用器分离的波长光，从该波分复用器对应的环形器第一端输入，经该环形器第二端输出，在传感光纤中产生瑞利散射光，背向的瑞利散射光经过该环形器的第二端口输入，从该环形器的第三端口输出，进入相位解调系统；该传感光纤另一端与相邻波分复用器对应的环形器的第三端口相连。
本发明的有益效果：本发明通过使用波长可调的宽带光源和波分复用器以及环形器，将不同波长的光分开，并通过组合环形器，使不同波长的光信号相互交织在不同时间段内，沿着同一个光纤传输至相位解调系统中，形成了一个时分复用系统。最终使得传感光纤中光脉冲重复频率相较于通常的分布式相位解调传感系统中的光脉冲重复频率大大提高，直接大大提高了可探测相位变化的频率上限，在长距离分布式传感系统中可以测量高频率信号。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种基于时分复用技术的分布式声波探测系统的原理示意图；
其中，1为宽带的波长可调的脉冲光源；21为第一波分复用器，22为第二波分复用器，23为第三波分复用器，……，2n为第2n波分复用器；31为第一环形器，32为第二环形器，33为第三环形器，……，3n为第3n环形器；41为第一传感光纤，42为第二传感光纤，43为第三传感光纤，……，4n为第4n传感光纤。
具体实施方式
为便于本领域技术人员理解本发明的技术内容，下面结合附图对本发明内容进一步阐释。
本发明通过波分复用器将宽带的波长可调的脉冲光源不同波长分开，再组合环形器与传感光纤，使不同波长的光信号相互交织在不同时间段内，沿着同一个光纤传输至相位解调系统中，最终形成时分复用；本发明形成的时分复用系统中，光脉冲重复频率等于脉冲光源重复频率乘以波分复用器的个数。
如图1所示，本发明的工作过程为：
波长可调节的宽带脉冲光源1发出第1个脉冲光，经过第一波分复用器21后，输出波长为λ1的光，进入第一环形器31的第一端口1，λ1的光从第一环形器31的第二端口2输出，经过第一传感光纤41。
第一传感光纤41中的杂质粒子产生瑞利散射光，本实施例中只关心其中的背向瑞利散射光，第一传感光纤41的背向瑞利散射光与入射光相反，背向瑞利散射光进入第一环形器31的第二端口1，从第一环形器31的第三端口3进入相位解调系统。
第二环形器32的第二端口2与第一传感光纤41另一端相连接，将第一传感光纤41中的入射光隔离，使之不会产生反射光进入第一环形器31。
第一波分复用器21与第二波分复用器22使用光纤相连，故第1个脉冲光到达第一波分复用器21后经过第二波分复用器22，第二波分复用器22的选择波长为λ2，故波长为λ2的光进入第二环形器32的第一端口1，λ2的光从第二环形器的第二端口2输出，经过第二传感光纤42。
第二传感光纤42中的杂质粒子产生瑞利散射光，第二传感光纤42的背向瑞利散射光与入射光相反，背向瑞利散射光进入第二环形器32的第二端口2，从第二环形器第三端口3进入相位解调系统。
第三环形器33第三端口3与第二传感光纤42另一端相连接，将第二传感光纤42中的入射光隔离，使之不会产生反射光进入第二环形器32。
后级的波分复用器、环形器、传感光纤按照上述原理连接；本发明在此不做重复叙述。
相对于λ1在第一传感光纤41中产生的背向瑞利散射光，λ2在第二传感光纤42中产生的背向瑞利散射光在时间上晚于前者进入相位解调系统，后级以此类推。
在第1个脉冲内，按照时间先后次序，分别为λ1在第一传感光纤41中产生的背向瑞利散射光，λ2在第二传感光纤42中产生的背向瑞利散射光……
最终，传感光纤中的背向瑞利散射光按照λ1、λ2…λn…的时间次序形成时分复用系统。将脉冲重复频率提高至原本的n倍，可将探测相位变换信号的频率上限提升n倍。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (6)

1.一种基于时分复用技术的分布式声波探测系统，其特征在于，通过波分复用器将波长可调的脉冲光源的不同波长光分离，然后通过环形器与传感光纤，使不同波长光相互交织在不同时间段内，沿着同一光纤传输至相位解调系统中。
2.根据权利要求1所述的一种基于时分复用技术的分布式声波探测系统，其特征在于，波分复用器数量与该脉冲光源所产生波长光数量相同。
3.根据权利要求2所述的一种基于时分复用技术的分布式声波探测系统，其特征在于，每一波分复用器对应一环形器。
4.根据权利要求3所述的一种基于时分复用技术的分布式声波探测系统，其特征在于，每一环形器还对应一段传感光纤；具体为：经某波分复用器分离的波长光，从该波分复用器对应的环形器第一端输入，经该环形器第二端输出，在传感光纤中产生瑞利散射光，背向的瑞利散射光经过该环形器的第二端口输入，从该环形器的第三端口输出，进入相位解调系统；该传感光纤另一端与相邻波分复用器对应的环形器的第三端口相连。
5.根据权利要求4所述的一种基于时分复用技术的分布式声波探测系统，其特征在于，相邻波分复用器之间采用光纤相连。
6.根据权利要求5所述的一种基于时分复用技术的分布式声波探测系统，其特征在于，光脉冲重复频率等于脉冲光源重复频率乘以波分复用器的个数。
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