基于POTDR的新型分布式光纤振动传感系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于POTDR的新型分布式光纤振动传感系统，包括计算机、数据采集卡、光探测器、脉冲光源、传感光纤链路和环形器，脉冲光源的输出端与环形器的输入端相连接，环形器的反馈端与传感光纤链路相连接，环形器的输出端与光探测器的输入端相连接，光探测器的信号输出端与数据采集卡相连接，数据采集卡与计算机相连接，传感光纤链路包括若干个通过光纤连接器依次首尾固定连接的分段光纤，相邻两个分段光纤的端面之间具有空隙，形成菲涅尔反射点。本发明专利技术可有效提高分布式光纤振动传感系统的信噪比，避免信号光与光源的卷积问题和相干噪声问题。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种基于POTDR的新型分布式光纤振动传感系统，包括计算机、数据采集卡、光探测器、脉冲光源、传感光纤链路和环形器，脉冲光源的输出端与环形器的输入端相连接，环形器的反馈端与传感光纤链路相连接，环形器的输出端与光探测器的输入端相连接，光探测器的信号输出端与数据采集卡相连接，数据采集卡与计算机相连接，传感光纤链路包括若干个通过光纤连接器依次首尾固定连接的分段光纤，相邻两个分段光纤的端面之间具有空隙，形成菲涅尔反射点。本专利技术可有效提高分布式光纤振动传感系统的信噪比，避免信号光与光源的卷积问题和相干噪声问题。【专利说明】基于POTDR的新型分布式光纤振动传感系统
本专利技术涉及一种分布式光纤振动传感系统，具体是涉及一种基于POTDR的新型分 布式光纤振动传感系统。
技术介绍
光纤振动传感器一般使用在周界安防领域，典型应用场所包括：博物馆、体育场 馆、国防通讯光缆、通信基站、飞机场、火车站、铁路沿线、油气管道等。经过几十年的发展， 基于各种技术所研制的光纤振动传感产品也是层出不穷，基于POTDR传感技术的光纤振动 传感系统是通过检测光纤中偏振态变化来达到分布式光纤传感目的的一种新型传感器，由 于其能够检测出微弱的应力变化，具有广泛的应用前景。 目前，现有的基于POTDR传感技术的光纤振动传感系统的信号光来自于前向传播 的脉冲光的后向瑞利散射。这样的信号光还存在如下几个问题：1)由于普通单模光纤的 后向瑞利散射系数很小，只有约10-7/米，所以产生的信号光很弱，在几到几十纳瓦的数量 级。同时，由于信号光的频率很高，在几十到上百兆赫兹，所以光探测器的噪声等价功率也 在数十纳瓦。最终导致系统的信噪比很低。2)由于信号光是前向传输的脉冲光与光纤响应 函数的卷积，信号光的偏振态与光源的相干性密切相关。当采用宽带光源，即光源的相干长 度非常短时，卷积遵循光强叠加；带来的最大问题是偏振度的降低和偏振态的"平均化"。当 采用线宽非常窄的光源时，卷积遵循电场叠加。这个过程不会降低偏振度，但是会将偏振问 题和相干问题交织在一起，使得从信号中提取光纤的偏振参数变得非常困难。3)在已经报 道的基于POTDR传感技术的光纤振动传感系统中，普遍采用线宽在0. 2nm左右的非窄线宽、 非宽带光源来克服相干引起的噪声问题，但是仍然无法克服偏振度的下降问题和偏振态平 均化的问题。4)瑞利散射本身是一个随机过程，存在涨落，由此会引起信号的噪声。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提出一种基于POTDR的新型分布式光纤振动传感 系统，可有效提高分布式光纤振动传感系统的信噪比，避免信号光与光源的卷积问题和相 干噪声问题。 本专利技术的技术方案是这样实现的： -种基于POTDR的新型分布式光纤振动传感系统，包括计算机、数据采集卡、光探 测器、用以发出脉冲光的脉冲光源、用以定位入侵事件的传感光纤链路和用以将脉冲光注 入所述传感光纤链路，并接收在所述传感光纤链路内反射/散射回来的背向反射/散射光 的环形器，所述脉冲光源的输出端与所述环形器的输入端相连接，所述环形器的反馈端与 所述传感光纤链路相连接，所述环形器的输出端与所述光探测器的输入端相连接，所述光 探测器的信号输出端与所述数据采集卡相连接，所述数据采集卡与所述计算机相连接，所 述传感光纤链路包括若干个通过光纤连接器依次首尾固定连接的分段光纤，相邻两个分段 光纤的端面之间具有空隙，形成菲涅尔反射点。 作为本专利技术的进一步改进，所述传感光纤链路为单模光纤。 作为本专利技术的进一步改进，相邻两个分段光纤的端面之间的空隙内填充有折射率 匹配材料。 作为本专利技术的进一步改进，所述光纤连接器为套管插芯结构，包括陶瓷套管和陶 瓷插芯。 作为本专利技术的进一步改进，设有在线检偏器，所述脉冲光源为线偏振光时，所述在 线检偏器设于所述环形器和所述光探测器之间。 作为本专利技术的进一步改进，所述脉冲光源为非线偏振光时，另设有在线起偏器，所 述在线起偏器设于所述脉冲光源和所述环形器之间。 作为本专利技术的进一步改进，所述脉冲光源的输出端通过光纤跳线与所述环形器的 输入端相连接。 作为本专利技术的进一步改进，所述环形器为三端口环形器。 作为本专利技术的进一步改进，所述传感光纤链路铺设成直线形、S型和网状中的一 种。 本专利技术的有益效果是：本专利技术提供一种基于POTDR的新型分布式光纤振动传感 系统，包括用以将脉冲光注入传感光纤链路，传感光纤链路包括若干个通过光纤连接器依 次首尾固定连接的分段光纤，相邻两个分段光纤的端面之间具有空隙，形成菲涅尔反射点。 上述结构将传感光纤链路切割成很多段，每相邻两段之间使用光纤连接器重新连接起来， 可以形成很多个菲涅尔反射点，通过形成很多个菲涅尔反射点，能够改善基于POTDR的新 型分布式光纤振动传感系统的信噪比，且完全不存在信号的卷积问题和相干噪声问题。较 佳的，相邻两个分段光纤的端面之间的空隙内填充有折射率匹配材料。折射率匹配就是折 射率可以让光以完全偏振角入射端面，从而有效减少光的反射损失，通过精确调整折射率 匹配材料，可以控制每个菲涅尔反射点的反射率，从而使每个菲涅尔反射点的损耗控制在 0. IdB以下，比如，如果控制反射率为1(T4,相对于空间分辨率为Im的基于瑞利散射(普通光 纤的背向瑞利散射系数为1〇_7/米)的基于POTDR的新型分布式光纤振动传感系统的信噪比 提高了 1000倍，上述结构能够进一步改善基于POTDR的新型分布式光纤振动传感系统的信 噪比，避免信号光与光源的卷积问题和相干噪声问题。 【专利附图】【附图说明】 图1为本专利技术原理结构示意图； 图2为本专利技术中所述传感光纤链路结构不意图； 图3为本专利技术中所述传感光纤链路的各菲涅尔反射点波形图。 结合附图，作以下说明： 1--脉冲光源 2--环形器 3--传感光纤链路 31--分段光纤 32--空隙 33--菲涅尔反射点 34--折射率匹配材料 35--光纤连接器 4--在线检偏器 5--光探测器 6--数据采集卡 7--计算机 8--在线起偏器 【具体实施方式】 以下结合附图对本专利技术的优选实施例进行详细说明： 如图1所示，一种基于POTDR的新型分布式光纤振动传感系统，包括计算机7、数 据采集卡6、光探测器5和用以发出脉冲光的脉冲光源1、用以定位入侵事件的传感光纤链 路3、用以将脉冲光注入所述传感光纤链路，并接收在所述传感光纤链路内散射回来的背向 散射光的环形器2,所述脉冲光源的输出端与所述环形器的输入端相连接，所述环形器的反 馈端与所述传感光纤链路相连接，所述环形器的输出端与所述光探测器的输入端相连接， 所述光探测器的信号输出端与所述数据采集卡相连接，所述数据采集卡与所述计算机相连 接，所述传感光纤链路包括若干个通过光纤连接器35依次首尾固定连接的分段光纤31，相 邻两个分段光纤的端面之间具有空隙32,形成菲涅尔反射点33。上述结构将传感光纤链路 切割成很多段，每相邻两段之间使用光纤连接器重新连接起来，可以形成很多个菲涅尔反 射点，如图2所示。 反射点的反射率n由公式（1)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于POTDR的新型分布式光纤振动传感系统，其特征在于：包括计算机（7）、数据采集卡（6）、光探测器（5）、用以发出脉冲光的脉冲光源（1）、用以定位入侵事件的传感光纤链路（3）和用以将脉冲光注入所述传感光纤链路，并接收在所述传感光纤链路内反射/散射回来的背向反射/散射光的环形器（2），所述脉冲光源的输出端与所述环形器的输入端相连接，所述环形器的反馈端与所述传感光纤链路相连接，所述环形器的输出端与所述光探测器的输入端相连接，所述光探测器的信号输出端与所述数据采集卡相连接，所述数据采集卡与所述计算机相连接，所述传感光纤链路包括若干个通过光纤连接器（35）依次首尾固定连接的分段光纤（31），相邻两个分段光纤的端面之间具有空隙（32），形成菲涅尔反射点（33）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：唐明，董晖，王超东，胡阿焕，温殿强，
申请(专利权)人：昆山金鸣光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32