CN201903355U - 一种超长距离分布式光纤传感装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种超长距离分布式光纤传感装置，采用多级中继放大模块，大功率脉冲光源通过多个光纤耦合器的按比例分配及传输光纤的传输，分级进入探测光纤，定长度实现探测光脉冲的“再放大”，从而在“源”的角度上提高了系统信噪比；一方面可以避免超限光功率直接进入探测光缆导致非线性散射的问题；一方面可以减少连续光传输导致的更大能量的损耗。装置由于采用了分级设计，大大降低了对接收电路的接收灵敏度和动态范围的要求。另外装置采用了可扩展设计，可方便实现从短距离，到长距离，再到超长距离的探测。

Description

一种超长距离分布式光纤传感装置

技术领域

本实用新型涉及分布式光纤传感技术领域，尤其涉及长距离分布式光纤温度、振动传感技术领域。

背景技术

分布式光纤传感装置基于光线背向散射原理，当激光脉冲在光纤中传输时，光纤中会不断产生拉曼散射(斯托克斯、反斯托克斯)、瑞利散射及布里渊散射等散射光，其中一部分会反方向传输到“源头”，我们称这部分散射光为“背向散射光”。散射光信号比较弱，需要高灵敏度光电探测器和放大电路才能接收到。

在分布式光纤传感装置中，散射信号强度随着探测距离的增加呈指数关系下降，在不降低装置信噪比的情况下，通常有两种方法，一是提高光源入射功率，二是提高接收电路灵敏度和动态范围；但实际上，光源入射功率和接收电力灵敏度及动态范围都是有限度的，远远不能满足超长距离探测的需求。

实用新型内容

为了克服上述技术问题，本实用新型提供一种超长距离分布式光纤传感装置。

本实用新型的目的是这样实现的：一种超长距离分布式光纤传感装置，采用多级中继放大模块，每级中继放大模块包括两个光纤耦合器、一个分光滤光器件和一个光无源模块；大功率脉冲光源发出的脉冲光经光纤耦合器的分光将探测所需的脉冲光输入第一级分光滤光器件，其余脉冲光通过传输光纤输入第二级光纤耦合器，泵浦光源发出的泵浦光经光纤耦合器分光后将所需的泵浦光输入光无源模块为其提供能量，其余泵浦光输入第二级对应的光纤耦合器；级与级之间分离 脉冲光的光纤耦合器和分离泵浦光的光纤耦合器分别通过一根传输光纤相连，级与级之间光无源模块和分光滤光器件通过一根探测光纤相连。

所述的中继放大模块作为一个整体，嵌入两段探测光缆的连接处。

大功率脉冲光源发出的脉冲光经第一级光纤耦合器分光后，所需的脉冲光进入第一级的分光滤光器件，经过光无源模块进入隔离器，泵浦光源的光经过另一光纤耦合器分光，将所需的泵浦光输入光无源模块用以提供能量，第一级两个光纤耦合器将剩余的脉冲光和泵浦光分别输入第二级的两个光纤耦合器，第二级的两个光纤耦合器同样按照比例将装置所需的脉冲光和泵浦光输入第二级分光滤光器件和光无源模块，剩余光输入第三级的两个光纤耦合器，依次向下传输。光在光纤中传输时产生的后向散射光沿传感光纤后向传输，至各级中继放大模块时经EDFA放大、分光滤光器件的滤光分离得到需要的各种后向散射光，从而完成后向散射光的提取，提取出的后向散射光进入装置主机的处理系统，完成分布式光纤传感装置的信号处理工作。

所述的第二级中继放大模块开始，每级中继放大模块前增加一个隔离器，一端连接探测光纤，一端连接分光滤光器件，只能允许后向散射光向前传输，从而防止上一级的光脉冲对下一级产生影响，导致下一级可能同时出现多个脉冲光的情形。

大功率脉冲光源用于产生大功率脉冲光源，所述大功率脉冲光源经过多个耦合器间隔一定长度注入传感光缆，从而提高超大长度系统信噪比；

光纤耦合器用于脉冲光源和泵浦光源的分配；所述的每一级的两个光纤耦合器，输出端的分光比可以根据光源的功率和需要探测的长度计算设定。

所述的分光滤光器件可以为波分复用器、光纤耦合器或者环形器等能把探测 脉冲引入探测光缆，同时能过滤所需后向散射光的器件。

泵浦光源用于光无源模块的泵浦光源，是光无源模块的能量来源，通过EDFA将其能量转化到后向散射光信号上；

分光滤光器件用于将脉冲光引入到探测光缆中，同时将需要分离的后向散射光过滤出来。

EDFA是标准掺铒光纤光大器的简化形式，主要是其中的无源部分，而将有源部分提到了最前端，从而实现中继放大的无源放大；

续接接口用于装置扩展，从而可以接入更长的探测光缆；

处理系统用于光散射信号的接收、放大及处理。

所述的光无源模块可以为掺铒光纤放大器。

本实用新型所述的超长距离分布式光纤传感装置的优点在于：大功率脉冲光源通过多个光纤耦合器的按比例分配及传输光纤的传输，分级进入探测光纤，定长度实现探测光脉冲的“再放大”，从而在“源”的角度上提高了系统信噪比；这种分级传输探测光脉冲的方法一方面可以避免超限光功率直接进入探测光缆导致非线性散射的问题；一方面可以减少连续光传输导致的更大能量的损耗。隔离器的存在则可以完全避免上级光脉冲和下级光脉冲同时出现在下级探测光缆中的情形，从而保证系统空间分辨率不受影响。泵浦光源通过耦合器、传输光缆及EDFA将能量转移到各级后向散射信号中，从而从“信号”的角度上直接提高了系统信噪比。装置由于采用了分级设计，大大降低了对接收电路的接收灵敏度和动态范围的要求。另外装置采用了可扩展设计，可方便实现从短距离，到长距离，再到超长距离的探测。

附图说明

图1为本实用新型实施例1所述的装置结构示意图；

图2为本实用新型实施例2所述装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本实用新型的具体实施步骤。

实施例1：如图1，大功率脉冲光源1发出的脉冲光经过光纤耦合器2分成两部分，一部分直接进入第一级的波分复用器4，另一部分通过传输光纤进入第二级的光纤耦合器11；波分复用器4和光无源模块5相连，泵浦光源3发出的泵浦光经光纤耦合器13分光，一部分进入光无源模块5为其提供能量，另一部分通过传输光纤进入第二级光纤耦合器14，EDFA无源模块5和隔离器6相连；第二级光纤耦合器11和14分别按照需要将脉冲光和泵浦光输入第二级波分复用器7和光无源模块8，其余光通过传输光纤传输至下一级光纤耦合器，连接端口15可以根据实际需要连接多级中继放大模块。

光在探测光纤中传输时产生的后向散射光沿探测光纤后向传输，至各级中继放大模块时经EDFA放大、波分复用器的滤光，分离得到携带温度信号的反斯托克斯光和作为参考信号的斯托克斯光，从而完成后向散射光的提取，提取出的后向散射光进入装置主机的处理系统16，完成分布式光纤传感装置的信号处理工作。

本实施例所述的装置可以用于分布式光纤温度传感装置，太功率脉冲光源发出波长为1550nm的脉冲光，分级注入探测光纤中后会产生后向散射光，利用各级EDFA放大探测光纤中产生的后向拉曼散射光，并通过各级的波分复用器将携带温度信号的反斯托克斯光和作为参考信号的斯托克斯光分离出来，最终进入处理系统16进行后续处理。

实施例2：如图2，大功率脉冲光源1发出的脉冲光经过光纤耦合器2分成两部分，一部分直接进入第一级的环形器4，另一部分通过传输光纤进入第二级的光纤耦合器11；环形器4和光无源模块5相连，泵浦光源3发出的泵浦光经光纤耦合器13分光，一部分进入光无源模块5为其提供能量，另一部分通过传输光纤进入第二级光纤耦合器14，EDFA无源模块5和隔离器6相连；第二级光纤耦合器11和14分别按照需要将脉冲光和泵浦光输入第二级环形器7和光无源模块8，其余光通过传输光纤传输至下一级光纤耦合器，连接端口15可以根据实际需要连接多级中继放大模块。

本实施例所述的装置可以用于分布式光纤振动传感装置，型号为KOHERASBoostiKTM Module高功率单频光纤激光器的大功率窄脉冲光源发出波长为1550nm的脉冲光，分级注入探测光纤中后会产生后向散射光，利用各级EDFA放大探测光纤中产生的后向瑞利散射光，并通过环形器4最终进入处理系统16进行后续处理。

Claims (6)

1.一种超长距离分布式光纤传感装置，其特征在于：所述的装置采用多级中继放大模块，每级中继放大模块包括两个光纤耦合器、一个分光滤光器件和一个光无源模块；大功率脉冲光源发出的脉冲光经光纤耦合器的分光将探测所需的脉冲光输入第一级分光滤光器件，其余脉冲光通过传输光纤输入第二级光纤耦合器，泵浦光源发出的泵浦光经光纤耦合器分光后将所需的泵浦光输入光无源模块为其提供能量，其余泵浦光输入第二级对应的光纤耦合器；级与级之间分离脉冲光的光纤耦合器和分离泵浦光的光纤耦合器分别通过一根传输光纤相连，级与级之间光无源模块和分光滤光器件通过一根探测光纤相连。

2.根据权利要求1所述的一种超长距离分布式光纤传感装置，其特征在于：所述的第二级中继放大模块开始，每级中继放大模块前，增加一个隔离器，一端连接探测光纤，一端连接分光滤光器件。

3.根据权利要求1所述的一种超长距离分布式光纤传感装置，其特征在于：所述的中继放大模块作为一个整体，嵌入两段探测光缆的连接处。

4.根据权利要求1所述的一种超长距离分布式光纤传感装置，其特征在于：所述的每一级的两个光纤耦合器，输出端的分光比可以根据光源的功率和需要探测的长度计算设定。

5.根据权利要求1所述的一种超长距离分布式光纤传感装置，其特征在于：所述的分光滤光器件为能把探测脉冲引入探测光缆，同时过滤所需后向散射光的器件，可以为波分复用器、光纤耦合器或者环形器中的一种。

6.根据权利要求1所述的一种超长距离分布式光纤传感装置，其特征在于：所述的光无源模块可以为掺铒光纤放大器。 

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