CN113310565B - 一种超长距离分布式光纤振动传感系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光纤传感技术领域，提供了一种超长距离分布式光纤振动传感系统和方法。系统中第一泵浦单元和光发射机分别与第一泵浦信号合波器两个信号端口耦合后，所述第一泵浦信号合波器是输出端和光接收机，以及第一传输光纤分别设置在第一环形器的相应三个端口上；所述第一传输光纤以正向方式与所述无源光放大单元中的第一掺铒光纤耦合；所述第二泵浦单元经由第二传输光纤以逆向方式或者正向方式与所述无源光放大单元中的第一掺铒光纤耦合。本发明提出的超长距离分布式光纤振动传感系统可继续提升传感距离50km以上，从而实现超100km长度分布式振动传感。
Description
技术领域
本发明涉及光纤传感技术领域，特别是涉及一种超长距离分布式光纤振动传感系统和方法。
背景技术
随着信息技术和自动化技术的发展，传感器技术已成为重要的基础性技术。与传统分立式传感技术相比，全分布式光纤传感技术具有光纤传感器绝缘、抗电磁场干扰、损耗低、抗腐蚀、体小易埋入等独特的优势，同时全分布式光纤传感技术因不需制作分立式传感器(只需借助于光纤)并可同时测量获得沿光纤路径上的时间和空间连续分布信息，完全克服了点式传感器(如光纤光栅传感器)难以对被测场进行全方位连续监测的缺陷，且具有损耗低、信号数据可多路传输等传统传感器所不具备的优越性能，因而在能源、电力、航空航天、建筑、通信、交通、安防、军事等诸多领域的故障诊断及事故预警中显示出十分诱人的应用前景。
φOTDR（phase-sensitive optical time domain reflectometry）是一种全分布式光纤传感技术，主要用于分布式光纤振动传感领域。基于当前的分布式光纤振动传感技术，在无掺铒光纤放大器（Erbium Doped Fiber Amplifier，简写为EDFA）技术下，系统的传感距离能力受限较为严重，仅为二三十公里；即使采用掺铒光纤放大器技术，也只能实现五十公里左右的传感距离；采用拉曼放大器（Raman Fiber Amplifier，简写为RFA）技术，可以将传感距离提升至八十公里左右的水平。对于超100km的传感纪录，目前无技术解决方案。
因此，目前希望有实现超长距离分布式光纤振动传感技术，来解决超100km长度分布式振动传感问题。
鉴于此，克服该现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是对于超100km长度分布式振动传感距离受限的问题。
本发明采用如下技术方案：
第一方面，本发明提出了一种超长距离分布式光纤振动传感系统，系统包括光发射机1、光接收机2、第一泵浦信号合波器3、第一环形器4、第一传输光纤5、无源光放大单元6、第一泵浦单元7和第二泵浦单元8；
所述第一泵浦单元7和光发射机1分别与第一泵浦信号合波器3两个信号端口耦合后，所述第一泵浦信号合波器3的公共端口和光接收机2，以及第一传输光纤5分别设置在第一环形器4的相应三个端口上；
所述第一传输光纤5以正向方式与所述无源光放大单元6中的第一掺铒光纤23耦合；所述第二泵浦单元8经由第二传输光纤10以逆向方式或者正向方式与所述无源光放大单元6中的第一掺铒光纤23耦合；
其中，所述第一传输光纤5和第二传输光纤10长度满足预设的长度。
优选的，所述满足预设的长度，具体为：
第一传输光纤5和第二传输光纤10的线路长度相同，由Ppump为第一泵浦单元（7）的泵浦光功率在抵消残余泵浦功率值后得到第一参数，泵浦光的损耗系数和信号光损耗系数的差值结果在补偿信号光的衰减系数后得到第二参数；线路长度由所述第一参数与第二参数的比值得到。
优选的，所述第一泵浦单元7的泵浦光波长范围为1460nm-1475nm；第二泵浦单元8的泵浦光波长范围为1475nm-1490nm；
其中，正向传输信号和反向传感信号的波长相同，波长范围为1540nm-1570nm。
优选的，所述第一传输光纤5和第二传输光纤10分别为同一根光缆的不同的两根纤芯。
优选的，还包括第三泵浦单元9通过第三传输光纤11传输，将经过第三传输光纤11传输后的残余泵浦光输入进无源光放大单元6；
其中，所述第三传输光纤11同样按照所述预设的长度设定。
优选的，所述预设的长度，具体为：
第一传输光纤5、第二传输光纤10和第三传输光纤的线路长度相同，由Ppump为第一泵浦单元7的泵浦光功率在抵消1/2的残余泵浦功率值后得到第一参数，泵浦光的损耗系数和信号光损耗系数的差值结果在补偿信号光的衰减系数后得到第二参数；线路长度由所述第一参数与第二参数的比值得到。
优选的，所述无源光放大单元还包括第二环形器21、第二泵浦信号合波器22、第三泵浦信号合波器24和第三环形器25；
所述第二环形器21的三个端口分别与第一传输光纤5、第二泵浦信号合波器22的信号端口和第三环形器25耦合；
所述第二泵浦信号合波器22的另一个信号端口与第三传输光纤11耦合，第二泵浦信号合波器22的公共端口与所述第一掺铒光纤23的一端耦合；
所述第三泵浦信号合波器24的两个信号端口分别与第二传输光纤10和第三环形器25耦合，第三泵浦信号合波器24的公共端口与所述第一掺铒光纤23的另一端耦合；
其中，所述第二环形器21和第三环形器25之间的光耦合通路用于传输逆向的光检测信号。
优选的，所述无源光放大单元6还包括第二环形器21、第二泵浦信号合波器22、第二掺铒光纤26、第三泵浦信号合波器24和第三环形器25；
所述第二环形器21的三个端口分别与第一传输光纤5、第二泵浦信号合波器22的一个信号端口和第一掺铒光纤23一端耦合；
所述第二泵浦信号合波器22的另一个信号端口与第三传输光纤11耦合，第二泵浦信号合波器22的公共端口与所述第二掺铒光纤26的一端耦合；
所述第三泵浦信号合波器24的两个信号端口分别与第二传输光纤10和第三环形器25耦合，第三泵浦信号合波器24的公共端口与所述第一掺铒光纤23的另一端耦合；
所述第二掺铒光纤26的另一端与所述第三环形器25的剩余一个端口耦合。
优选的，所述无源光放大单元6还包括第二泵浦信号合波器22、第一掺铒光纤23和第三泵浦信号合波器24，具体的：
所述第二泵浦信号合波器22的两个信号端口分别与第三传输光纤11和第一传输光纤5耦合，第二泵浦信号合波器22的公共端口与所述第一掺铒光纤23的一端耦合；
所述第三泵浦信号合波器24的两个信号端口分别与第二传输光纤10和第四传输光纤14耦合，第三泵浦信号合波器22的公共端口与所述第一掺铒光纤23的另一端耦合。
第二方面，本发明还提了一种超长距离分布式光纤振动传感方法，使用第一方面所述的超长距离分布式光纤振动传感系统，方法包括：
所述正向传输信号在无源光放大单元6的信号流向为：正向传输信号依次经过第二环形器21的一端口21a、第二环形器21的二端口21b、第二泵浦信号合波器22的信号端口22a、第二泵浦信号合波器22的公共端口22c、第一掺铒光纤23的输入端23a、第一掺铒光纤23的输出端23b、第三泵浦信号合波器24的公共端口24c、第三泵浦信号合波器24的信号端口24a、第三环形器25的一端口25a和第三环形器25的二端口25b，然后进入第四传输光纤14；
所述反向传感信号在无源光放大单元6的信号流向为：反向传感信号依次经过第三环形器25的二端口25b、第三环形器25的三端口25c、第二环形器21的三端口21c和第二环形器21的一端口21a，然后进入第一传输光纤5。
优选的，所述无源光放大单元6的输入泵浦光包含三种：第一泵浦光、第二泵浦光和第三泵浦光，具体的：
第一泵浦光来源于第一泵浦单元7，通过第一传输光纤5传输后，残余泵浦光依次经过第二环形器21的一端口21a、第二环形器21的二端口21b、第二泵浦信号合波器22的信号端口22a、第二泵浦信号合波器22的公共端口22c，然后进入第一掺铒光纤23，实现对信号光的放大；
第二泵浦光来源于第二泵浦单元8，通过第二传输光纤10传输后，残余泵浦光依次经过第三泵浦信号合波器24的信号端口24b和第三泵浦信号合波器24的公共端口24c，然后进入第一掺铒光纤23，实现对信号光的放大；
第三泵浦光来源于第三泵浦单元9，通过第三传输光纤11传输后，残余泵浦光依次经过第二泵浦信号合波器22的信号端口22b和第二泵浦信号合波器22的公共端口22c，然后进入第一掺铒光纤，实现对信号光的放大。
本发明提供的超长距离分布式光纤振动传感系统中，在发送端站放置两个泵浦单元，借助于两根传输光纤，将两个泵浦光传输至无源光放大单元，无源光放大单元可以作为线路放大器，实现传感信号的放大。与EDFA放大技术、RFA放大技术相比，该超长距离分布式光纤振动传感系统可继续提升传感距离50km以上，从而实现超100km长度分布式振动传感。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种超长距离分布式光纤振动传感系统架构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种超长距离分布式光纤振动传感系统架构示意图；
图3是本发明实施例提供的另一种超长距离分布式光纤振动传感系统架构示意图；
图4是本发明实施例提供的一种无源光放大单元的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的另一种无源光放大单元的结构示意图；
图6是本发明实施例提供的另一种无源光放大单元的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本发明的限制。
此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例1:
本发明实施例1提供了一种超长距离分布式光纤振动传感系统，如图1和图2所示，系统包括光发射机1、光接收机2、第一泵浦信号合波器3、第一环形器4、第一传输光纤5、无源光放大单元6、第一泵浦单元7和第二泵浦单元8；
所述第一泵浦单元7和光发射机1分别与第一泵浦信号合波器3两个信号端口耦合后，所述第一泵浦信号合波器3的公共端口和光接收机2，以及第一传输光纤5分别设置在第一环形器4的相应三个端口上；在具体实现过程中，所述第一环形器4也可以采用其他常规的波分复用和解复用器件，在此，不应将所述第一环形器4理解为相应实现方案的唯一方式。
所述第一传输光纤5以正向方式与所述无源光放大单元6中的第一掺铒光纤23耦合；所述第二泵浦单元8经由第二传输光纤10以逆向方式（其中图2为逆向方式）或者正向方式（其中图1为正向方式）与所述无源光放大单元6中的第一掺铒光纤23耦合；
其中，所述第一传输光纤5和第二传输光纤10长度满足预设的长度。
本发明提供的超长距离分布式光纤振动传感系统中，在发送端站放置两个泵浦单元，借助于两根传输光纤，将两个泵浦光传输至无源光放大单元，无源光放大单元可以作为线路放大器，实现传感信号的放大。与EDFA放大技术、RFA放大技术相比，该超长距离分布式光纤振动传感系统可继续提升传感距离50km以上，从而实现超100km长度分布式振动传感。
作为本发明的优选实现方案，对于如图1或图2所示的架构中，所述第一传输光纤5和第二传输光纤10的线路长度相同，由Ppump为第一泵浦单元（7）的泵浦光功率在抵消残余泵浦（此处的残余泵浦是指相应的第一泵浦单元经过第一传输光纤传输后，抵达第一掺铒光纤的泵浦光，相应的，后面所涉及的第二泵浦单元、第三泵浦单元其相关的残余泵浦功率也是各自分别经由第二传输光纤和第三传输光纤传导后抵达第一掺铒光纤的泵浦光的功率值）功率值后得到第一参数，泵浦光的损耗系数和信号光损耗系数的差值结果在补偿信号光的衰减系数后得到第二参数；线路长度由所述第一参数与第二参数的比值得到。例如：本发明通过测试实例推导出的优选的线路长度为：（Ppump - 6）/（a+0.023），单位为km；其中，线路长度相同，对于本领域技术人员实际操作中，对于上千米的光纤线路，是允许有1-2m长度误差的，也可以理解为是本发明实施例中所描述的线路长度。即有个1/1000-5/1000的误差。其中的，具体参数值还可能根据具体应用设备和应用场景的不同做适应性的调整，因此，上述给予的参数值不应该理解为本发明实现的唯一方式。
其中，Ppump为第一泵浦单元7的泵浦光功率，单位为dBm；a信号光的衰减系数，单位为dB/km。由于本发明所提出的系统适用于管钱振动传感，并且是无源光放大单元，因此，其必定涉及有源的发送端与无源光放大单元之间的传输光纤的设计，本发明通过测试实验论证，基于上述的（Ppump - 6）/（a+0.023）计算得到的线路性能最优，因此，在实际实现过程中最优的是参考上述公式进行无源光放大单元和泵浦光源之间距离的设计。
优选的，所述第一泵浦单元7的泵浦光波长范围为1460nm-1475nm；第二泵浦单元8的泵浦光波长范围为1475nm-1490nm；
其中，正向传输信号和反向传感信号的波长相同，波长范围为1540nm-1570nm。例如，EDFA的常规波长为1480nm。做了仿真，如此选择波长范围的理由在于，正向噪声好些，所以采用增益效果更好的1460nm-1475nm，而逆向的信噪比差些所以采用增益效果次之的1540nm-1570nm。优选的，所述第一传输光纤5和第二传输光纤10分别为同一根光缆的不同的两根纤芯。这样可以保证不同的泵浦光源在抵达无源光放大单元6时的残余泵浦光特性具有较好的一致性。
实施例2：
本发明实施例2是基于实施例1基础上通过新增第三泵浦单元9来进一步提升检测传输特性的技术方案，如图3所示，系统包括光发射机1、光接收机2、第一泵浦信号合波器3、第一环形器4、第一传输光纤5、无源光放大单元6、第一泵浦单元7、第二泵浦单元8和第三泵浦单元9；
所述第一泵浦单元7和光发射机1分别与第一泵浦信号合波器3两个信号端口耦合后，所述第一泵浦信号合波器3的公共端口和光接收机2，以及第一传输光纤5分别设置在第一环形器4的相应三个端口上；
所述第一传输光纤5以正向方式与所述无源光放大单元6中的第一掺铒光纤23耦合；所述第二泵浦单元8经由第二传输光纤10以逆向方式与所述无源光放大单元6中的第一掺铒光纤23耦合；
第三泵浦单元9通过第三传输光纤11传输，将经过第三传输光纤11传输后的残余泵浦光输入进无源光放大单元6；
其中，所述第一传输光纤5、第二传输光纤10和第三传输光纤11长度满足预设的长度。
在本发明实施例2中，因为额外引入了第三泵浦单元9，相比较实施例1而言，此时所述预设的长度，具体为：
第一传输光纤5、第二传输光纤10和第三传输光纤的线路长度相同，由Ppump为第一泵浦单元7的泵浦光功率在抵消1/2的残余泵浦功率值后得到第一参数，泵浦光的损耗系数和信号光损耗系数的差值结果在补偿信号光的衰减系数后得到第二参数；线路长度由所述第一参数与第二参数的比值得到。例如：本发明通过测试实例推导出的优选的线路长度为：（Ppump - 3）/（a+0.023），单位为km；其中，Ppump为第一泵浦单元7的泵浦光功率，单位为dBm；a信号光的衰减系数，单位为dB/km。其中的，具体参数值还可能根据具体应用设备和应用场景的不同做适应性的调整，因此，上述给予的参数值不应该理解为本发明实现的唯一方式。
本发明实施例提供的超长距离分布式光纤振动传感系统中，在发送端站放置三个泵浦单元，借助于三根传输光纤，将三个泵浦光传输至无源光放大单元，无源光放大单元可以作为线路放大器，实现传感信号的放大。与EDFA放大技术、RFA放大技术相比，该超长距离分布式光纤振动传感系统可继续提升传感距离50km以上，从而实现超100km长度分布式振动传感。
作为某一完整技术实现方案，如图3所示，与光发射机1关联的装置结构还有脉冲EDFA13和滤波器12等部件。其中，脉冲EDFA（13）串联在所述光发射机1和第一泵浦信号合波器3之间；所述滤波器12设置在光接收机2和第一环形器4之间。
结合本发明实施例，对于上述的无源光放大单元6至少提供了三种实现方式，具体阐述如下。
方式一：
如图3所述，所述无源光放大单元还包括第二环形器21、第二泵浦信号合波器22、第三泵浦信号合波器24和第三环形器25；
所述第二环形器21的三个端口分别与第一传输光纤5、第二泵浦信号合波器22的信号端口和第三环形器25耦合；
所述第二泵浦信号合波器22的另一个信号端口与第三传输光纤11耦合，第二泵浦信号合波器22的公共端口与所述第一掺铒光纤23的一端耦合；
所述第三泵浦信号合波器24的两个信号端口分别与第二传输光纤10和第三环形器25耦合，第三泵浦信号合波器24的公共端口与所述第一掺铒光纤23的另一端耦合；
其中，所述第二环形器21和第三环形器25之间的光耦合通路用于传输逆向的光检测信号。
所述第二环形器21也可以采用其他常规的波分复用和解复用器件，在此，不应将所述第二环形器21理解为相应实现方案的唯一方式。
方式二：
如图4所述，所述无源光放大单元6还包括第二环形器21、第二泵浦信号合波器22、第二掺铒光纤26、第三泵浦信号合波器24和第三环形器25；
所述第二环形器21的三个端口分别与第一传输光纤5、第二泵浦信号合波器22的一个信号端口和第一掺铒光纤23一端耦合；
所述第二泵浦信号合波器22的另一个信号端口与第三传输光纤11耦合，第二泵浦信号合波器22的公共端口与所述第二掺铒光纤26的一端耦合；
所述第三泵浦信号合波器24的两个信号端口分别与第二传输光纤10和第三环形器25耦合，第三泵浦信号合波器24的公共端口与所述第一掺铒光纤23的另一端耦合；
所述第二掺铒光纤26的另一端与所述第三环形器25的剩余一个端口耦合。
作为图4所示结构的等同衍生实现方式，如图5所示，相应方式二还可以实现为：
所述无源光放大单元6还包括第二环形器21、第二泵浦信号合波器22、第二掺铒光纤26、第三泵浦信号合波器24和第三环形器25；
所述第二环形器21的三个端口分别与第一传输光纤5、第二泵浦信号合波器22的一个信号端口和第三泵浦信号合波器24的第一信号端24a耦合；
所述第二泵浦信号合波器22的另一个信号端口与第三传输光纤11耦合，第二泵浦信号合波器22的公共端口与所述第二掺铒光纤26的一端耦合；
所述第三泵浦信号合波器24的另一个信号端口24b与第二传输光纤10耦合，第三泵浦信号合波器24的公共端口24c与所述第一掺铒光纤23的一端23a耦合；
所述第三环形器25的一端口25a与第一掺铒光纤23的另一端23b耦合；所述第三环形器25的另一端口25b与第四传输光纤14的一端14a耦合；
所述第二掺铒光纤26的另一端与所述第三环形器25的剩余一个端口25c耦合。
作为其他可能的组合实现方式，还包括将第三泵浦信号合波器24设置在第一掺铒光纤23的右侧（参考图4），并且，将第二泵浦信号合波器22设置第二掺铒光纤26右侧的解决方案（图中未直接示出）。除此以外，还包括将第三泵浦信号合波器24设置在第一掺铒光纤23的左侧（参考图5），并且，将第二泵浦信号合波器22设置第二掺铒光纤26右侧的解决方案（图中未直接示出），均属于本发明保护范围内的。
方式三：
如图6所述，所述无源光放大单元6还包括第二泵浦信号合波器22、第一掺铒光纤23和第三泵浦信号合波器24，具体的：
所述第二泵浦信号合波器22的两个信号端口分别与第三传输光纤11和第一传输光纤5耦合，第二泵浦信号合波器22的公共端口与所述第一掺铒光纤23的一端耦合；
所述第三泵浦信号合波器24的两个信号端口分别与第二传输光纤10和第四传输光纤14耦合，第三泵浦信号合波器22的公共端口与所述第一掺铒光纤23的另一端耦合。其中，第四传输光纤14可以理解为就是本发明主题中的光纤振动传感器。当然，也可以理解第四传输光纤14之后才正式连接着光纤振动传感器。
本发明实施例所提出的三种实现方式，存在各自的优势，适合于特性的应用场景。
对于方式一而言，其强化了对正向信号光的放大作用，通过图3中所示的，在正向信号光传输路径中，给予三个泵浦光的信号放大作用，尤其是在第一掺铒光纤23两侧的第二泵浦信号合波器24和第三泵浦信号合波器22，他们构成了相对的泵浦光输入结构，保证了第一掺铒光纤23中的泵浦信号光的均匀特性，并且，其选择了1475nm-1490nm频段，也避开了对噪声的过多放大作用。
对于方式二而言，其强化了对逆向检测信号的光放大作用，与方式一相似的是，两者都采用了环形器作为避开第一掺铒光纤，实现在无源光放大单元中传输正向检测信号和逆向检测信号的方式，这两种方式的共同特点在于，这样的方式有利于正向信号在第一掺铒光纤中放大时，信号的能量吸收的有效性；避免因为逆向检测信号的大小、强弱的不同，造成对正向信号在第一掺铒光纤中的能量吸收大小的不一致，造成整个传感系统工作稳定性的影响。
对于方式三而言，其更适用于检测距离相对方式一和方式二更短的场景，这样，即便存在上述在方式二中分析出来的影响因素，同样也能够满足系统的作业要求。
实施例3：
本发明还提了一种超长距离分布式光纤振动传感方法，使用第二方面所述的超长距离分布式光纤振动传感系统，尤其是针对如图3所示的传感系统，方法包括：
所述正向传输信号在无源光放大单元6的信号流向为：正向传输信号依次经过第二环形器21的一端口21a、第二环形器21的二端口21b、第二泵浦信号合波器22的信号端口22a、第二泵浦信号合波器22的公共端口22c、第一掺铒光纤23的输入端23a、第一掺铒光纤23的输出端23b、第三泵浦信号合波器24的公共端口24c、第三泵浦信号合波器24的信号端口24a、第三环形器25的一端口25a和第三环形器25的二端口25b，然后进入第四传输光纤14；
所述反向传感信号在无源光放大单元6的信号流向为：反向传感信号依次经过第三环形器25的二端口25b、第三环形器25的三端口25c、第二环形器21的三端口21c和第二环形器21的一端口21a，然后进入第一传输光纤5。
本发明实施例提供的超长距离分布式光纤振动传感系统中，在发送端站放置三个泵浦单元，借助于三根传输光纤，将三个泵浦光传输至无源光放大单元，无源光放大单元可以作为线路放大器，实现传感信号的放大。与EDFA放大技术、RFA放大技术相比，该超长距离分布式光纤振动传感系统可继续提升传感距离50km以上，从而实现超100km长度分布式振动传感。
优选的，所述无源光放大单元6的输入泵浦光包含三种：第一泵浦光、第二泵浦光和第三泵浦光，具体的：
第一泵浦光来源于第一泵浦单元7，通过第一传输光纤5传输后，残余泵浦光依次经过第二环形器21的一端口21a、第二环形器21的二端口21b、第二泵浦信号合波器22的信号端口22a、第二泵浦信号合波器22的公共端口22c，然后进入第一掺铒光纤23，实现对信号光的放大；
第二泵浦光来源于第二泵浦单元8，通过第二传输光纤10传输后，残余泵浦光依次经过第三泵浦信号合波器24的信号端口24b和第三泵浦信号合波器24的公共端口24c，然后进入第一掺铒光纤23，实现对信号光的放大；
第三泵浦光来源于第三泵浦单元9，通过第三传输光纤11传输后，残余泵浦光依次经过第二泵浦信号合波器22的信号端口22b和第二泵浦信号合波器22的公共端口22c，然后进入第一掺铒光纤，实现对信号光的放大。
值得说明的是，上述装置和系统内的模块、单元之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本发明的处理方法实施例基于同一构思，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述。
本领域普通技术人员可以理解实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器（ROM，Read Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random AccessMemory）、磁盘或光盘等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种超长距离分布式光纤振动传感系统，其特征在于，系统包括光发射机（1）、光接收机（2）、第一泵浦信号合波器（3）、第一环形器（4）、第一传输光纤（5）、无源光放大单元（6）、第一泵浦单元（7）和第二泵浦单元（8）；
所述第一泵浦单元（7）和光发射机（1）分别与第一泵浦信号合波器（3）两个信号端口耦合后，所述第一泵浦信号合波器（3）的公共端口和光接收机（2），以及第一传输光纤（5）分别设置在第一环形器（4）的相应三个端口上；
所述第一传输光纤（5）以正向方式与所述无源光放大单元（6）中的第一掺铒光纤（23）耦合；所述第二泵浦单元（8）经由第二传输光纤（10）以逆向方式或者正向方式与所述无源光放大单元（6）中的第一掺铒光纤（23）耦合；
其中，所述第一传输光纤（5）和第二传输光纤（10）长度满足预设的长度；
其中，Ppump为第一泵浦单元（7）的泵浦光功率；a信号光的衰减系数，根据（Ppump - 6）/（a+0.023）计算得到无源光放大单元（6）和泵浦光源之间距离；其中，泵浦光源包括第一泵浦单元（7）和第二泵浦单元（8）。
2.根据权利要求1所述的超长距离分布式光纤振动传感系统，其特征在于，所述满足预设的长度，具体为：
第一传输光纤（5）和第二传输光纤（10）的线路长度相同，由Ppump为第一泵浦单元（7）的泵浦光功率在抵消残余泵浦功率值后得到第一参数，泵浦光的损耗系数和信号光损耗系数的差值结果在补偿信号光的衰减系数后得到第二参数；线路长度由所述第一参数与第二参数的比值得到。
3.根据权利要求1所述的超长距离分布式光纤振动传感系统，其特征在于，所述第一泵浦单元（7）的泵浦光波长范围为1460nm-1475nm；第二泵浦单元（8）的泵浦光波长范围为1475nm-1490nm；
其中，正向传输信号和反向传感信号的波长相同，波长范围为1540nm-1570nm。
4.根据权利要求3所述的超长距离分布式光纤振动传感系统，其特征在于，还包括第三泵浦单元（9）通过第三传输光纤（11）传输，将经过第三传输光纤（11）传输后的残余泵浦光输入进无源光放大单元（6）；
其中，所述第三传输光纤（11）按照所述预设的长度设定。
5.根据权利要求4所述的超长距离分布式光纤振动传感系统，其特征在于，所述预设的长度，具体为：
第一传输光纤（5）、第二传输光纤（10）和第三传输光纤的线路长度相同，由Ppump为第一泵浦单元（7）的泵浦光功率在抵消1/2的残余泵浦功率值后得到第一参数，泵浦光的损耗系数和信号光损耗系数的差值结果在补偿信号光的衰减系数后得到第二参数；线路长度由所述第一参数与第二参数的比值得到。
6.根据权利要求4所述的超长距离分布式光纤振动传感系统，其特征在于，所述无源光放大单元还包括第二环形器（21）、第二泵浦信号合波器（22）、第三泵浦信号合波器（24）和第三环形器（25）；
所述第二环形器（21）的三个端口分别与第一传输光纤（5）、第二泵浦信号合波器（22）的信号端口和第三环形器（25）耦合；
所述第二泵浦信号合波器（22）的另一个信号端口与第三传输光纤（11）耦合，第二泵浦信号合波器（22）的公共端口与所述第一掺铒光纤（23）的一端耦合；
所述第三泵浦信号合波器（24）的两个信号端口分别与第二传输光纤（10）和第三环形器（25）耦合，第三泵浦信号合波器（24）的公共端口与所述第一掺铒光纤（23）的另一端耦合；
其中，所述第二环形器（21）和第三环形器（25）之间的光耦合通路用于传输逆向的光检测信号。
7.根据权利要求4所述的超长距离分布式光纤振动传感系统，其特征在于，所述无源光放大单元（6）还包括第二环形器（21）、第二泵浦信号合波器（22）、第二掺铒光纤（26）、第三泵浦信号合波器（24）和第三环形器（25）；
所述第二环形器（21）的三个端口分别与第一传输光纤（5）、第二泵浦信号合波器（22）的一个信号端口和第一掺铒光纤（23）一端耦合；
所述第二泵浦信号合波器（22）的另一个信号端口与第三传输光纤（11）耦合，第二泵浦信号合波器（22）的公共端口与所述第二掺铒光纤（26）的一端耦合；
所述第三泵浦信号合波器（24）的两个信号端口分别与第二传输光纤（10）和第三环形器（25）耦合，第三泵浦信号合波器（24）的公共端口与所述第一掺铒光纤（23）的另一端耦合；
所述第二掺铒光纤（26）的另一端与所述第三环形器（25）的剩余一个端口耦合。
8.根据权利要求4所述的超长距离分布式光纤振动传感系统，其特征在于，所述无源光放大单元（6）还包括第二泵浦信号合波器（22）、第一掺铒光纤（23）和第三泵浦信号合波器（24），具体的：
所述第二泵浦信号合波器（22）的两个信号端口分别与第三传输光纤（11）和第一传输光纤（5）耦合，第二泵浦信号合波器（22）的公共端口与所述第一掺铒光纤（23）的一端耦合；
所述第三泵浦信号合波器（24）的两个信号端口分别与第二传输光纤（10）和第四传输光纤（14）耦合，第三泵浦信号合波器（24）的公共端口与所述第一掺铒光纤（23）的另一端耦合。
9.一种超长距离分布式光纤振动传感方法，其特征在于，使用如权利要求6所述的超长距离分布式光纤振动传感系统，方法包括：
所述正向传输信号在无源光放大单元（6）的信号流向为：正向传输信号依次经过第二环形器（21）的一端口（21a）、第二环形器（21）的二端口（21b）、第二泵浦信号合波器（22）的信号端口（22a）、第二泵浦信号合波器（22）的公共端口（22c）、第一掺铒光纤（23）的输入端（23a）、第一掺铒光纤（23）的输出端（23b）、第三泵浦信号合波器（24）的公共端口（24c）、第三泵浦信号合波器（24）的信号端口（24a）、第三环形器（25）的一端口（25a）和第三环形器（25）的二端口（25b），然后进入第四传输光纤（14）；
所述反向传感信号在无源光放大单元（6）的信号流向为：反向传感信号依次经过第三环形器（25）的二端口（25b）、第三环形器（25）的三端口（25c）、第二环形器21的三端口（21c）和第二环形器21的一端口（21a），然后进入第一传输光纤（5）。
10.根据权利要求9所述的超长距离分布式光纤振动传感方法，其特征在于，所述无源光放大单元（6）的输入泵浦光包含三种：第一泵浦光、第二泵浦光和第三泵浦光，具体的：
第一泵浦光来源于第一泵浦单元（7），通过第一传输光纤（5）传输后，残余泵浦光依次经过第二环形器（21）的一端口（21a）、第二环形器21的二端口（21b）、第二泵浦信号合波器（22）的信号端口（22a）、第二泵浦信号合波器（22）的公共端口（22c），然后进入第一掺铒光纤（23），实现对信号光的放大；
第二泵浦光来源于第二泵浦单元（8），通过第二传输光纤（10）传输后，残余泵浦光依次经过第三泵浦信号合波器（24）的信号端口（24b）和第三泵浦信号合波器（24）的公共端口（24c），然后进入第一掺铒光纤（23），实现对信号光的放大；
第三泵浦光来源于第三泵浦单元（9），通过第三传输光纤（11）传输后，残余泵浦光依次经过第二泵浦信号合波器（22）的信号端口（22b）和第二泵浦信号合波器（22）的公共端口（22c），然后进入第一掺铒光纤，实现对信号光的放大。
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