CN113340402A - 一种基于双光源设计的定位型分布式光纤振动探测器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于双光源设计的定位型分布式光纤振动探测器，包括连续光源模块、脉冲光源模块、波分复用器、光纤放大器、环形器、滤波器、光电转换电路模块、FPGA高速数据采集卡、处理器；所述连续光源模块连接波分复用器以及光电转换电路模块；散射光经光电转换电路模块转换成电信号后被送入FPGA高速数据采集卡，数据经FPGA高速数据采集卡接口传到处理器进行处理；波分复用器分别置于光纤两端，实现不同光波的耦合与分离。采用双光源设计加上单线式光纤传感技术避免了长光纤的屏蔽难题，且结构上更加简单，提高探测距离。
Description
技术领域
本发明涉及光纤探测技术领域，具体涉及一种分布式光纤振动探测器。
背景技术
基于双光源设计的定位型分布式光纤振动探测器利用光纤作为传感介质，能对沿光纤线路的对象进行远程和实时监测的技术。在长距离安全监测如天然气输送管道，石油管道监控和民用设施的健康监测如桥梁，大型建筑等方面有广泛的应用。
干涉型传感技术的频响非常高，它的信号解调方法还需要进一步简化，空间分辨率也有待提高，更重要的是基于干涉原理的分布式振动测量技术无法实现多点振动源的同时定位和测量。另一方面，基于布里渊散射技术进行振动测量的频响范围很小，而基于瑞利散射的 OTDR技术具有定位精确高，可进行多点振动定位，以及信号处理方法简单等优点，由于后向瑞利散射光很弱，多次平均处理的结果使得对振动的频率响应仍然不高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是解决上述现有的不足，结合干涉技术以及
技术各自的优点，期通过建立复合系统实现高空间分辨率和高频响的分布式振动测量。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于双光源设计的定位型分布式光纤振动探测器，包括连续光源模块、脉冲光源模块、波分复用器、光纤放大器、环形器、滤波器、光电转换电路模块、FPGA高速数据采集卡、处理器；所述连续光源模块连接波分复用器以及光电转换电路模块；所述脉冲光源的脉冲光经过光纤放大器与环形器的第一端口连接，环形器的第二端口与拉曼放大器连接，拉曼放大器输出的光信号进入传感光纤，环形器第三端口与滤波器连接，滤波器的输出端与光电转换电路模块；散射光经光电转换电路模块转换成电信号后被送入FPGA高速数据采集卡，数据经FPGA高速数据采集卡接口传到处理器进行处理；波分复用器分别置于光纤两端，实现不同光波的耦合与分离。
进一步的，还包括一个3*3耦合器、三个2*2耦合器以及两个拉曼放大器，三个2*2耦合器分别为第一2*2耦合器、第二2*2耦合器以及第三2*2耦合器、所述3*3耦合器通过传感光缆连接波分复用器，3*3耦合器另一侧连接第一2*2耦合器的两个连接端，第一2*2耦合器的后端分别连接第二2*2耦合器以及第三2*2耦合器，第二2*2耦合器以及第三2*2耦合器分别连接拉曼放大器，拉曼放大器连接尾包；其中3*3耦合器与第一2*2耦合器的之间，第一耦合器与第二耦合器之间均设置有时延光纤。
进一步的，所述连续光源模块的中心波长为1310nm，所述脉冲光源的中心波长为1550nm。
进一步的，根据每一信道光波的频率不同将光纤的低损耗窗口划分成若干个信道，把光波作为信号的载波，在发送端采用波分复用器将不同规定波长的信号光载波合并起来送入一根光纤进行传输；在接收端，再由一波分复用器将这些不同波长承载不同信号的光载波分开。
从上述技术方案可以看出本发明具有以下优点：双光源设计加上单线式光纤传感技术避免了长光纤的屏蔽难题，且结构上更加简单，提高探测距离。
附图说明
图1为本发明的功能框图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式做具体说明。
如图1所示，本发明的基于双光源设计的定位型分布式光纤振动探测器，包括连续光源模块、脉冲光源模块、波分复用器、光纤放大器、环形器、滤波器、光电转换电路模块、FPGA 高速数据采集卡、处理器。连续光源模块的中心波长为1310nm，所述脉冲光源的中心波长为 1550nm。光波分复用应用波长分割复用器和解复用器(也称合波/分波器)分别置于光纤两端，实现不同光波的耦合与分离。
为了充分利用单模光纤低损耗区带来的巨大带宽资源，根据每一信道光波的频率(或波长)不同可以将光纤的低损耗窗口划分成若干个信道，把光波作为信号的载波，在发送端采用波分复用器(合波器)将不同规定波长的信号光载波合并起来送入一根光纤进行传输。在接收端，再由一波分复用器(分波器)将这些不同波长承载不同信号的光载波分开的复用方式。由于不同波长的光载波信号可以看作互相独立(不考虑光纤非线性时)，从而在一根光纤中可实现多路光信号的复用传输。将两个方向的信号分别安排在不同波长传输即可实现双向传输；
超窄线宽激光器与声光调制器连接，声光调制器将连续光调制成脉冲，脉冲光经过光纤放大器与环形器的第一端口连接，环形器的第二端口与拉曼放大器连接，拉曼放大器输出的光信号进入传感光纤，环形器第三端口与滤波器连接，滤波器的输出端与光电探测器相连接，散射光经光电探测器转换成电信号后被送入FPGA高速数据采集卡，数据经FPGA高速数据采集卡接口传到处理器进行处理。
本发明还还包括一个3*3耦合器、三个2*2耦合器以及两个拉曼放大器，三个2*2耦合器分别为第一2*2耦合器、第二2*2耦合器以及第三2*2耦合器、所述3*3耦合器通过传感光缆连接波分复用器，3*3耦合器另一侧连接第一2*2耦合器的两个连接端，第一2*2耦合器的后端分别连接第二2*2耦合器以及第三2*2耦合器，第二2*2耦合器以及第三2*2耦合器分别连接拉曼放大器，拉曼放大器连接尾包；其中3*3耦合器与第一2*2耦合器的之间，第一耦合器与第二耦合器之间均设置有时延光纤。
将光源发出的一束光分解为两束，在一种“理想”的光纤圆环中传输，两束光在环路中沿相反方向传播一周后会合发生干涉，即Sagnac效应。
本文提出了基于双光源设计的分布式光纤传感的输油管道安全监测新技术在理论仿真和实验两方面进行了研究，能够有效的解决管道安全监测：
(1)可以监测基于两点或多点同时振动的定位技术；
(2)监测灵敏度与监测距离相互制约，深入处理采集数据，减少系统定位误差，延长监测距离的同时使得定位更加精确；增加模式识别功能，降低系统监测误报；
(3)系统充分考虑到振动源的频谱宽度、光的偏振动以及延迟线的长度，使系统更加稳定，效果更加明显；
成功验证了系统的振动敏感性，通过对结构的改变延长了系统的探测距离，也能够粗略的对振动事件进行定位。
Claims (4)
1.一种基于双光源设计的定位型分布式光纤振动探测器，其特征在于：
包括连续光源模块、脉冲光源模块、波分复用器、光纤放大器、环形器、滤波器、光电转换电路模块、FPGA高速数据采集卡、处理器；
所述连续光源模块连接波分复用器以及光电转换电路模块；
所述脉冲光源的脉冲光经过光纤放大器与环形器的第一端口连接，环形器的第二端口与拉曼放大器连接，拉曼放大器输出的光信号进入传感光纤，环形器第三端口与滤波器连接，滤波器的输出端与光电转换电路模块；
散射光经光电转换电路模块转换成电信号后被送入FPGA高速数据采集卡，数据经FPGA高速数据采集卡接口传到处理器进行处理；
波分复用器分别置于光纤两端，实现不同光波的耦合与分离。
2.根据权利要求1所述的基于双光源设计的定位型分布式光纤振动探测器，其特征在于：还包括一个3*3耦合器、三个2*2耦合器以及两个拉曼放大器，三个2*2耦合器分别为第一2*2耦合器、第二2*2耦合器以及第三2*2耦合器、所述3*3耦合器通过传感光缆连接波分复用器，3*3耦合器另一侧连接第一2*2耦合器的两个连接端，第一2*2耦合器的后端分别连接第二2*2耦合器以及第三2*2耦合器，第二2*2耦合器以及第三2*2耦合器分别连接拉曼放大器，拉曼放大器连接尾包；其中3*3耦合器与第一2*2耦合器的之间，第一耦合器与第二耦合器之间均设置有时延光纤。
3.根据权利要求1所述的基于双光源设计的定位型分布式光纤振动探测器，其特征在于：所述连续光源模块的中心波长为1310nm，所述脉冲光源的中心波长为1550nm。
4.根据权利要求1所述的基于双光源设计的定位型分布式光纤振动探测器，其特征在于：根据每一信道光波的频率不同将光纤的低损耗窗口划分成若干个信道，把光波作为信号的载波，在发送端采用波分复用器将不同规定波长的信号光载波合并起来送入一根光纤进行传输；在接收端，再由一波分复用器将这些不同波长承载不同信号的光载波分开。
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