一种实现φ-OTDR系统长距离监测的方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种实现φ-OTDR系统长距离监测的方法及系统，该方法及系统将φ-OTDR系统的敏感光纤分割为由短到长的多段，并在两段敏感光纤之间设置移频装置，基于移频特性，后一段敏感光纤产生的斯托克斯波与前一段敏感光纤的斯托克斯波存在频差，因此不会对前段的斯托克斯波进行放大，由此提高了SBS阈值，从而可以向敏感光纤中注入更大的光功率，实现了更长距离的监测，而不会在系统中激发出受激布里渊散射；该方案有效的提升了系统的监测距离，并具有结构简单，性能稳定等优点，具有较高的实用价值。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种实现φ-OTDR系统长距离监测的方法及系统，该方法及系统将φ-OTDR系统的敏感光纤分割为由短到长的多段，并在两段敏感光纤之间设置移频装置，基于移频特性，后一段敏感光纤产生的斯托克斯波与前一段敏感光纤的斯托克斯波存在频差，因此不会对前段的斯托克斯波进行放大，由此提高了SBS阈值，从而可以向敏感光纤中注入更大的光功率，实现了更长距离的监测，而不会在系统中激发出受激布里渊散射；该方案有效的提升了系统的监测距离，并具有结构简单，性能稳定等优点，具有较高的实用价值。【专利说明】-种实现Φ-OTDR系统长距离监测的方法及系统
本专利技术涉及光纤监测
，尤其涉及一种实现φ-OTDR系统长距离监测的方 法及系统。
技术介绍
光纤传感技术是一项基于光电子学理论以及光与物质作用机理的高新仪器仪表 及测量技术，在国防、工程领域都具有重要应用。光纤传感器凭借其体积小，重量轻，抗电磁 干扰，抗腐蚀，本质安全，灵敏度高，响应时间短，动态范围大等优良特性，正在逐步替代某 些领域的传统测量仪器。 同时，光纤传感器也已经用于实现常规测量手段无法实现的功能，分布式传感即 是其最为突出的先进特性之一。所谓分布式传感，是指对传感光纤上任意位置的物理或化 学待测量敏感，并给出待测量的空间分布信息。利用该特性研制的分布式光纤扰动传感器 拥有巨大的军事和民用价值，可以应用于周界安防、油气管线预警监测、通信线路安全监测 和大型结构健康监测等领域。 基于相位敏感光时域反射计（phasesensitivityopticaltimedomain reflectometry,φ-OTDR)的分布式光纤扰动传感器以敏感光纤中传播的光载波的相位 作为测量参数。与其它分布式光纤扰动传感系统相比，φ-OTDR能够对监测范围内多个位 置同时出现的扰动进行定位，且具有光路结构简单，定位精度高等优点，被视为长距离大范 围分布式扰动监测的最佳选择之一。 Φ-OTDR自1993年提出以来得到了广泛深入的研究。Park等使用线宽为50kHz 的半导体环形激光器和声光调制器，获得了 6km的传感距离和400m的空间分辨率，验证了 Φ-OTDR系统的可行性。Juarez等为系统设计了低频漂窄线宽激光器，并使用偏振分束器 降低了偏振噪声的影响，在19km的传感距离上实现了IOOm的空间分辨率（JCJuarez,E ff.Maier,KNChoi,etal.Distributedfiber-opticintrusionsensorsystem. JournalofLightwaveTechnology, 2005:2081-2087)jin等使用相干检测技术提高了系 统的信噪比，使用移动平均及移动差分算法减少了计算的平均次数，并使用保偏光纤降低 偏振噪声的影响，在100m的监测距离内实现了Im的空间分辨率，且频率响应范围提高到 了约 2. 25kHz。 φ-ΟΤ D R以瑞利后向散射理论为基础，在光纤的测试端注入光脉冲，光脉冲传输 过程中产生后向散射光，后向散射光在光纤的导引下回到光脉冲的注入端，通过光纤上不 同位置的后向散射光到达探测器的时间不同，得到空间位置信息。由于检测的是微弱的后 向瑞利散射光，φ-OTDR需要较强的信号光功率；此外，随着传感距离的增加，由于光纤衰 减的影响，脉冲光能量将急剧下降，从而限制了系统的监测距离。提高系统监测距离最直接 的方法是提高输入脉冲光的光功率，但不幸的是，光纤的非线性效应限制了输入光纤的最 大功率。 光纤中有许多非线性效应，如受激布里渊散射（stimulatedBrillouin scattering，SBS)，受激拉曼散射，自相位调制，交叉相位调制等。其中，SBS是一种将前向 传输光的光功率转移给后向散射光和声子场的非线性效应，具有最低的阈值功率，因而最 易于发生。SBS会导致输入信号光功率在入射端附近急剧下降，导致后向瑞利散射光的光功 率降低；同时又产生了后向的斯托克斯光，与作为信号的后向瑞利散射光混合在一起，导致 系统的信噪比下降，严重地影响了系统性能。为了避免SBS的产生，系统的入纤功率只能限 制在SBS阈值以下，这严重阻碍了φ-OTDR监测距离的增加。 为了解决φ-OTDR系统存在的问题，Rao等使用拉曼放大技术实现了 74km的超长 传感距离。但是该方法需要对敏感光纤的两端注入泵浦光，这在边境线的周界安防、油气管 线的安防预警等应用场合中往往难以实现。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种实现φ-OTDR系统长距离监测的方法及系统，有效的提 升了系统的监测距离，并具有结构简单，性能稳定的特点。 本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的： 一种实现φ-OTDR系统长距离监测的方法，该方法包括： 将待检测的敏感光纤分成由短到长的多段，并在每两段敏感光纤之间设置一移频 装置； 激光器输出的激光依次经过声光调制器Α0Μ、掺铒光纤放大器EDFA及光环形器 光脉冲不断传输，当经过第n-1段敏感光纤后，通过第n-1个移频装置，注入第η 段敏感光纤Ln中，在敏感光纤Ln产生的瑞利散射光依次经过第η-1、η-2, ...，第1个移 频装置1后送入Η)中，实现φ-OTDR系统长距离监测。 进一步的，所述移频装置包括：第一与第二耦合器、AOM以及第一与第二光隔离 器； 其中，第i段敏感光纤Li输出的光脉冲依次经过移频装置i中的第一耦合器、 Α0Μ、第一光隔离器与第二耦合器注入第i+Ι段敏感光纤Li+Ι中； 第i+Ι段敏感光纤Li+Ι中产生后向瑞利散射光，则依次经过移频装置i中的第二 耦合器、第二光隔离器与第一耦合器后注入第i段敏感光纤Li中。 进一步的，该方法包括： 注入第i段敏感光纤Li的脉冲光的光功率Pi大于整个敏感光纤总长L对光 功率的需求/?，低于第1段敏感光纤Ll的受激布里渊散射SBS阈值Pthu，表不为： PiL < Pi < Pllin〇 一种实现φ-OTDR系统长距离监测的系统，该系统包括：移频装置、激光器、声光 调制器Α0Μ、掺铒光纤放大器EDFA、光环形器Circulator及光电探测器; 所述移频装置，设置于每两段敏感光纤之间，其中待检测的敏感光纤分成由短到 长的多段； 激光器输出的激光依次经过A0M、EDFA及Circulator注入第1段敏感光纤LI中； 在所述第1段敏感光纤Ll中传输时产生后向瑞利散射光，并在光纤的导引下回到第1段光 纤Ll入射端，经Circulator后由送入光电探测器F1D中； 光脉冲经过第1段敏感光纤Ll传输后通过第1个移频装置1注入第2段敏感光 纤L2中，并在所述第2段敏感光纤L2中传输时产生后向瑞利散射光，再依次经由所述移频 装置1、第1段敏感光纤Ll与Circulator后送入中； 光脉冲不断传输，当经过第n-1段敏感光纤后，通过第n-1个移频装置，注入第η 段敏感光纤Ln中，在敏感光纤Ln产生的瑞利散射光依次经过第η-1、η-2，...，第1个移频 装置1后送入Η)中，实现φ-OTDR系统长距离监测。 进一步的，所述移本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种实现系统长距离监测的方法，其特征在于，该方法包括：将待检测的敏感光纤分成由短到长的多段，并在每两段敏感光纤之间设置一移频装置；激光器输出的激光依次经过声光调制器AOM、掺铒光纤放大器EDFA及光环形器光脉冲不断传输，当经过第n‑1段敏感光纤后，通过第n‑1个移频装置，注入第n段敏感光纤Ln中，在敏感光纤Ln产生的瑞利散射光依次经过第n‑1、n‑2，...，第1个移频装置1后送入PD中，实现系统长距离监测。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：林明霞，
申请(专利权)人：北京奥普科达科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11