CN212721730U - 一种低衰减高灵敏度的分布式振动传感系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于光纤传感技术领域，公开了一种低衰减高灵敏度的分布式振动传感系统，光源单元、第一环形器、光栅滤波单元、第二环形器、传感探测光纤、光电探测器之间均通过超低衰减大有效面积光纤相连；光电探测器与数据采集单元之间通过SMA射频信号线连接；数据采集单元与信号处理单元连接。本实用新型解决了现有技术中光纤分布式振动传感系统的传感距离存在较大限制、信噪比提升受到较大限制的问题，能够有效提升系统的探测距离，提升系统的探测振动信噪比。

Description

一种低衰减高灵敏度的分布式振动传感系统

技术领域

本实用新型涉及光纤传感技术领域，尤其涉及一种低衰减高灵敏度的分布式振动传感系统。

背景技术

分布式光纤传感技术具备传感距离长、铺设简便、分布式测量、本征无源抗干扰等独特优势，在石油石化、智能电网、军事安防等多个领域得到广泛关注和应用。

分布式光纤传感的传感原理是利用外界参量如温度、应力、振动等作用在传感光纤上，引起光纤内光信号的光强、相位、偏振态等发生改变，通过对这些光学特性的解析即可获得外界的物理量信息。因此传感光纤的性能直接影响传感系统的性能。

光纤分布式振动传感系统是基于光时域反射技术和瑞利散射的一种分布式振动探测系统。光纤在制备过程中由于工艺的限制会带来光纤上各点的密度不均匀的问题，从而导致光纤的折射率分布实际是不均匀的，正是由于这种不均匀性，使得光在光纤中传输时会产生一种弹性散射-瑞利散射。另外当光纤受到外力作用时也会产生折射率的变化，同样也会产生散射光的变化。基于此原理，当我们将光纤中注入脉冲激光时，脉冲激光经过光纤的位置会产生瑞利散射，通过将背向瑞利散射信号采集并进行信号处理即可以得到外界扰动情况，同时根据背向瑞利散射光的返回时间可以计算出相应的扰动位置，从而实现扰动的探测与定位。该技术由于分布式探测、测量距离长、定位精度高等优势，常被用于周界安防、管道与线缆防盗挖等多个领域，满足国家在边境线、重要基础设施等方面安全监测的重大需求。

但目前光纤分布式振动传感系统所使用的光纤一般为普通的单模光纤，其对传输的脉冲激光的功率有一定限制，当功率超过光纤的受激布里渊阈值后会引起散射信号的畸变，导致无法准确测量外界扰动。因此目前光纤分布式振动传感系统的传感距离受到了很大限制。同时采用普通单模光纤进行振动探测时，其噪声水平也限制了探测振动信噪比的提升。

实用新型内容

本申请实施例通过提供一种低衰减高灵敏度的分布式振动传感系统，解决了现有技术中光纤分布式振动传感系统的传感距离存在较大限制、信噪比提升受到较大限制的问题。

本申请实施例提供一种低衰减高灵敏度的分布式振动传感系统，包括：光源单元、第一环形器、光栅滤波单元、第二环形器、传感探测光纤、光电探测器、数据采集单元、信号处理单元；

所述光源单元、所述第一环形器、所述光栅滤波单元、所述第二环形器、所述传感探测光纤、所述光电探测器之间均通过超低衰减大有效面积光纤相连；所述光电探测器与所述数据采集单元之间通过SMA射频信号线连接；所述数据采集单元与所述信号处理单元连接；

所述光源单元用于产生脉冲光信号；所述第一环形器的第一端口接收所述脉冲光信号，所述脉冲光信号经所述第一环形器的第二端口进入所述光栅滤波单元，并通过所述第一环形器的第三端口输出；所述第二环形器的第一端口接收来自所述第一环形器输出的脉冲光信号，所述脉冲光信号经所述第二环形器的第二端口进入所述传感探测光纤，所述传感探测光纤反馈的光信号经所述第二环形器的第三端口进入所述光电探测器。

优选的，所述光源单元包括：光源、声光调制器、声光调制驱动器；

所述光源与所述声光调制器之间通过超低衰减大有效面积光纤连接，所述声光调制驱动器与所述声光调制器之间通过SMA射频信号线连接；所述声光调制器用于将所述光源调制成脉冲光信号。

优选的，所述光源单元还包括：光纤放大单元；

所述声光调制器、所述光纤放大单元、所述第一环形器之间均通过超低衰减大有效面积光纤连接；所述光纤放大器单元用于对脉冲光信号进行放大。

优选的，所述光源为窄线宽激光光源。

优选的，所述窄线宽激光光源采用超低衰减大有效面积光纤制备。

优选的，所述光栅滤波单元的中心波长与所述光源的中心波长一致。

优选的，所述第一环形器和所述第二环形器均采用超低衰减大有效面积光纤制备。

优选的，所述传感探测光纤为超低衰减大有效面积光纤。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

在本申请实施例中，提供的分布式振动传感系统包括光源单元、第一环形器、光栅滤波单元、第二环形器、传感探测光纤、光电探测器、数据采集单元、信号处理单元；光源单元、第一环形器、光栅滤波单元、第二环形器、传感探测光纤、光电探测器之间均通过超低衰减大有效面积光纤相连；光电探测器与数据采集单元之间通过SMA射频信号线连接；数据采集单元与信号处理单元连接。相对于现有技术采用的普通的单模光纤，本实用新型采用超低衰减大有效面积光纤，在一定程度上解除了普通的单模光纤对传输的脉冲激光功率的限制，能够有效提升系统的探测距离，提升系统的探测振动信噪比。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种低衰减高灵敏度的分布式振动传感系统的示意图。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

本实施例提供了一种低衰减高灵敏度的分布式振动传感系统，如图1所示，包括：光源、声光调制器、声光调制驱动器、光纤放大单元、第一环形器、光栅滤波单元、第二环形器、传感探测光纤、光电探测器、数据采集单元和信号处理单元。

所述光源、所述声光调制器、所述光纤放大单元、所述第一环形器、所述光栅滤波单元(即光栅滤波器)、所述第二环形器、所述传感探测光纤、所述光电探测器之间均通过超低衰减大有效面积光纤相连；所述声光调制驱动器与所述声光调制器之间、所述光电探测器与所述数据采集单元之间通过SMA射频信号线相连接。所述数据采集单元与所述信号处理单元连接。

所述光源优选为窄线宽激光光源，并采用超低衰减大有效面积光纤制备，可有效增大激光的入纤光功率。

所述光栅滤波单元的中心波长与所述光源的中心波长一致，可有效滤除所述光纤放大单元带来的放大噪声。

所述第一环形器和所述第二环形器均采用超低衰减大有效面积光纤制备。所述传感探测光纤为超低衰减大有效面积光纤。

一种实施方式中，所述信号处理单元分别与所述数据采集单元、计算机连接。

需要说明的是，所述超低衰减大有效面积光纤采用现有的超低衰减大有效面积光纤即可。

本实用新型的工作原理为：光源发射连续光，经过声光调制器调制成脉冲光，通过对声光调制驱动器施加不同频率和脉冲宽度的脉冲波可以获得不同脉宽和重复频率的脉冲光，脉冲光经过光纤放大单元进行放大后，经第一环形器的2端口进入光栅滤波单元，由于光栅滤波单元的中心波长与光源的中心波长一致，因此可以将因光纤放大模块带来的脉冲展宽及相位噪声进行滤除，最后由第一环形器的3端口输出，并经第二环形器进入传感探测光纤中，光纤返回的瑞利散射光经第二环形器的3端口进入光电探测器，实现光信号到电信号的转换，再由数据采集单元和信号处理单元进行数据采集与处理，最终输出振动信号。

通过该系统能增大分布式振动传感系统的入纤光功率，降低系统噪声水平，提升系统信噪比，延长分布式振动传感系统的探测距离，实现更高灵敏度更远探测距离。

本实用新型实施例提供的一种低衰减高灵敏度的分布式振动传感系统至少包括如下技术效果：

(1)相对于现有技术采用的普通的单模光纤，本实用新型采用超低衰减大有效面积光纤，在一定程度上解除了普通的单模光纤对传输的脉冲激光功率的限制，能够有效提升系统的探测距离，提升系统的探测振动信噪比。

(2)光源采用窄线宽激光光源，窄线宽激光光源采用超低衰减大有效面积光纤制备，可有效增大激光的入纤光功率，进一步提升系统的探测距离和探测灵敏度。

(3)光栅滤波单元的中心波长与光源的中心波长一致，可以将因光纤放大模块带来的脉冲展宽及相位噪声进行滤除，提升系统性能。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照实例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种低衰减高灵敏度的分布式振动传感系统，其特征在于，包括：光源单元、第一环形器、光栅滤波单元、第二环形器、传感探测光纤、光电探测器、数据采集单元、信号处理单元；

所述光源单元、所述第一环形器、所述光栅滤波单元、所述第二环形器、所述传感探测光纤、所述光电探测器之间均通过超低衰减大有效面积光纤相连；所述光电探测器与所述数据采集单元之间通过SMA射频信号线连接；所述数据采集单元与所述信号处理单元连接；

所述光源单元用于产生脉冲光信号；所述第一环形器的第一端口接收所述脉冲光信号，所述脉冲光信号经所述第一环形器的第二端口进入所述光栅滤波单元，并通过所述第一环形器的第三端口输出；所述第二环形器的第一端口接收来自所述第一环形器输出的脉冲光信号，所述脉冲光信号经所述第二环形器的第二端口进入所述传感探测光纤，所述传感探测光纤反馈的光信号经所述第二环形器的第三端口进入所述光电探测器。

2.根据权利要求1所述的低衰减高灵敏度的分布式振动传感系统，其特征在于，所述光源单元包括：光源、声光调制器、声光调制驱动器；

所述光源与所述声光调制器之间通过超低衰减大有效面积光纤连接，所述声光调制驱动器与所述声光调制器之间通过SMA射频信号线连接；所述声光调制器用于将所述光源调制成脉冲光信号。

3.根据权利要求2所述的低衰减高灵敏度的分布式振动传感系统，其特征在于，所述光源单元还包括：光纤放大单元；

所述声光调制器、所述光纤放大单元、所述第一环形器之间均通过超低衰减大有效面积光纤连接；所述光纤放大单元用于对脉冲光信号进行放大。

4.根据权利要求2所述的低衰减高灵敏度的分布式振动传感系统，其特征在于，所述光源为窄线宽激光光源。

5.根据权利要求4所述的低衰减高灵敏度的分布式振动传感系统，其特征在于，所述窄线宽激光光源采用超低衰减大有效面积光纤制备。

6.根据权利要求2所述的低衰减高灵敏度的分布式振动传感系统，其特征在于，所述光栅滤波单元的中心波长与所述光源的中心波长一致。

7.根据权利要求1所述的低衰减高灵敏度的分布式振动传感系统，其特征在于，所述第一环形器和所述第二环形器均采用超低衰减大有效面积光纤制备。

8.根据权利要求1所述的低衰减高灵敏度的分布式振动传感系统，其特征在于，所述传感探测光纤为超低衰减大有效面积光纤。

Images