基于延时脉冲拉曼放大分布式传感系统技术方案

一种基于延时脉冲拉曼放大分布式传感系统，其特征在于：包括窄线宽光源（1）、拉曼泵浦光源（2）、与窄线宽光源（1）连接的第一调制模块（3）和与拉曼泵浦光源（2）连接的第二调制模块（6），所述第一调制模块（3）依次通过掺饵光纤放大器（4）、环形器（9）与波分复用器（7）连接，所述第二调制模块（6）直接与波分复用器（7）连接，所述波分复用器（7）连接传感光纤（8），所述第一调制模块（3）与第二调制模块（6）之间通过信号发生器（5）连接，所述环形器（9）通过滤波器（10）与探测器（11）、数据采集模块（12）、计算机（13）依次连接。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种基于延时脉冲拉曼放大分布式传感系统，包括窄线宽光源、拉曼泵浦光源、与窄线宽光源连接的第一调制模块和与拉曼泵浦光源连接的第二调制模块，所述第一调制模块依次通过掺饵光纤放大器、环形器与波分复用器连接，所述第二调制模块直接与波分复用器连接，所述波分复用器连接传感光纤，所述第一调制模块与第二调制模块之间通过信号发生器连接，所述环形器通过滤波器与探测器、数据采集模块、计算机依次连接。本专利技术通过具有一定延时量的脉冲调制泵浦拉曼放大来实现更长的探测光有效传感距离。【专利说明】基于延时脉冲拉曼放大分布式传感系统
本专利技术涉及光纤传感
，尤其是一种基于延时脉冲拉曼放大分布式传感系统。
技术介绍
随着社会的发展，人们对信息的依赖越来越严重，信息传输的需求急剧膨胀，大幅度提升现有光纤系统的容量，增加无电再生中继的简单传输距离，已经成为光纤通信领域的热点。在这种背景下，拉曼放大器由于其固有的低噪声和很宽的带宽特性而得到广泛关注。所谓拉曼放大，是将一部分入射光功率转移到频率比其低的斯托克斯波上，如果一个弱信号波与一强泵浦光波同时在光纤中传输，并使弱信号波长置于泵浦光的拉曼增益带宽内，信号光即可以得到放大。同向泵浦分布式拉曼放大已被广泛地用于时域反射型分布式传感系统的距离延伸，但其特点是在近泵浦端的放大效应最显著，导致被放大的探测光的非线性效应在近泵浦端就迅速地积累，从而劣化探测光信号的质量，并进而影响传感距离的延伸。分布式传感系统类型包括:相位敏感光时域反射仪(Φ-OTDR)、偏振敏感光时域反射仪(POTDR)以及布里渊光时域反射仪(BOTDR)等。分布式传感系统具有抗电磁干扰、灵敏度高、测量距离长等诸多优点，在输油管道、机场、国界等长距离周界防入侵方面具有不可替代的优势。现有的分布式传感系统为了延长传感距离，提高灵敏度，一般采用的方式是增加拉曼泵浦功率，但是单纯的提高拉曼泵浦功率，容易引起自相位调制、调制不稳定等非线性效应的产生，从而降低了信噪比，限制了传感距离。
技术实现思路
本专利技术的目的在于:针对上述存在的问题，提供一种通过具有一定延时量的脉冲调制泵浦拉曼放大来实现更长的探测光有效传感距离的分布式传感系统。本专利技术采用的技术方案如下: 本专利技术提供一种基于延时脉冲拉曼放大分布式传感系统，包括窄线宽光源、拉曼泵浦光源、与窄线宽光源连接的第一调制模块和与拉曼泵浦光源连接的第二调制模块，所述第一调制模块依次通过掺饵光纤放大器、环形器与波分复用器连接，所述第二调制模块直接与波分复用器连接，所述波分复用器连接传感光纤，所述第一调制模块与第二调制模块之间通过信号发生器连接，所述环形器通过滤波器与探测器、数据采集模块、计算机依次连接。对上述方案作进一步优选，所述环形器具有端口一、端口 二和端口三，所述端口 一与第二调制模块连接，所述端口 二与波分复用器连接，所述端口三与滤波器连接。对上述方案作进一步优选，所述信号发生器产生信号同时触发第一调制模块和第二调制模块产生两路频率相同的光脉冲调制信号，所述拉曼泵浦光源输出的泵浦光通过第一调制模块产生具有一定延时量的泵浦脉冲后进入波分复用器，所述窄线宽光源输出的探测光通过第二调制模块产生探测脉冲并经过掺饵光纤放大器进行放大，放大后的探测脉冲通过环形器进入波分复用器，所述波分复用器将泵浦脉冲和探测脉冲进行耦合进入传感光纤中传播，传播到传感光纤的特定位置时，泵浦脉冲开始与探测脉冲重合，从该特定位置开始，探测脉冲会持续被泵浦脉冲放大，且探测脉冲在传播过程中不断地朝传播方向的逆向发生瑞利散射，散射光经过环形器的端口三进入滤波器滤除噪声带来的影响，滤除噪声后的散射光进入探测器进行光电转换，光电转换的数据由数据采集模块采集并传送给计算机进行分析处理得出散射光的特性。对上述方案作进一步优选，泵浦脉冲的延时量取决于探测光与泵浦光的相对走离程度以及传感系统的具体参数，由信号发生器的控制程序或延时线控制。对上述方案作进一步优选，为了确保探测光得到足够的分布式拉曼放大，则泵浦脉冲的脉宽应显著大于探测光，即为了确保泵浦脉冲在与探测脉冲相遇后，可以持续地与探测脉冲重合直至传感光纤末端，因此需要分别使用两个调制模块对探测光和泵浦光进行调制，产生具有不同脉宽的探测脉冲和泵浦脉冲。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是: 1.本专利技术采用具有一定延时量的脉冲泵浦拉曼放大代替传统的连续光泵浦拉曼放大，分别对探测光与泵浦光进行脉冲调制，并在两者之间产生一定的延时量；经由掺饵光纤放大器放大的探测脉冲，在传感光纤的前段信号足够强，不需要被放大，随着传感距离的延长，探测脉冲强度降低，此时具有一定延时的泵浦脉冲才开始与探测脉冲产生受激拉曼散射，确保探测脉冲在较长的传感光纤上都有足够强的信号，同时减缓了探测脉冲频谱的展宽，并保证了探测光的相干性，减小非线性效应所带来的影响。2.根据相关数据对探测光沿着光纤的功率分布进行仿真，拉曼泵浦与探测光分别在Okm处和IOkm处开始发生作用时，设定相对应的探测光峰值功率分别为337mW、500mW，注入泵浦的功率分别为1110mW、600mW。通过计算得出该系统的非线性相移显著小于连续光拉曼放大，即引起的非线性累积效应较小，有利于减小探测光脉冲频谱的展宽，确保了探测光的相干性，从而延长了探测光的传感距离，具有重要的实用价值。【专利附图】【附图说明】本专利技术将通过例子并参照附图的方式说明，其中: 图1是本专利技术所述基于延时脉冲拉曼放大分布式传感系统的结构示意图； 图2是本专利技术实施例中的具有延时量的泵浦脉冲与探测脉冲相互作用的示意图； 图3是本专利技术实施例中在不同位置注入泵浦光时的探测光的功率分布图。图1中:1为窄线宽光源；2为拉曼泵浦光源；3为第一调制模块；4为掺饵光纤放大器；5为信号发生器；6为第二调制模块；7为波分复用器；8为传感光纤；9为环形器；10为滤波器；11为探测器；12为数据采集模块；13为计算机。【具体实施方式】下面结合附图对本专利技术作详细说明。如图1所示为本专利技术所述基于延时脉冲拉曼放大分布式传感系统的结构示意图，该系统包括窄线宽光源1、拉曼泵浦光源2、与窄线宽光源I连接的第一调制模块3和与拉曼泵浦光源2连接的第二调制模块6，所述第一调制模块3依次通过掺饵光纤放大器4、环形器9与波分复用器7连接，所述第二调制模块6直接与波分复用器7连接，所述波分复用器I连接传感光纤8，所述第一调制模块3与第二调制模块6之间通过信号发生器5连接，所述环形器9通过滤波器10与探测器11、数据采集模块12、计算机13依次连接。 所述环形器9具有端口一、端口二和端口三，所述端口一与第二调制模块6连接，所述端口二与波分复用器7连接，所述端口三与滤波器10连接。所述信号发生器5产生信号同时触发第一调制模块3和第二调制模块6产生两路频率相同的光脉冲调制信号，所述拉曼泵浦光源2输出的泵浦光通过第一调制模块3产生具有一定延时量的泵浦脉冲后进入波分复用器7，所述窄线宽光源I输出的探测光通过第二调制模块6产生探测脉冲并经过掺饵光纤放大器4进行放大，放大后的探测脉冲通过环形器9进入波分复用器7，所述波分复用器7将泵浦脉冲和探测脉冲进行耦合进入传感光纤8中传播，传本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于延时脉冲拉曼放大分布式传感系统，其特征在于：包括窄线宽光源（1）、拉曼泵浦光源（2）、与窄线宽光源（1）连接的第一调制模块（3）和与拉曼泵浦光源（2）连接的第二调制模块（6），所述第一调制模块（3）依次通过掺饵光纤放大器（4）、环形器（9）与波分复用器（7）连接，所述第二调制模块（6）直接与波分复用器（7）连接，所述波分复用器（7）连接传感光纤（8），所述第一调制模块（3）与第二调制模块（6）之间通过信号发生器（5）连接，所述环形器（9）通过滤波器（10）与探测器（11）、数据采集模块（12）、计算机（13）依次连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王子南，黎进，范孟秋，饶云江，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：