长距离分布式光纤振动监测装置及其实现方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及管道安全监测领域，具体地说是一种采用光纤作为传感器的长距离分布式光纤振动监测装置及其实现方法，其特征在于设有脉冲源、光纤放大器、环形器、探测光纤、中继放大模块、后向放大模块、窄带滤波器、信号探测模块、采集模块、同步控制模块、上位机、耦合器、2个波分复用器、2个放大激光源、2个反馈探测模块、电源控制模块，本发明专利技术相对于现有技术，具有能够进一步的延长系统的监测距离，应用成本明显降低，经济效益显著提升等优点，系统设计采用光时域反射定位技术、相位敏感识别技术、分布式放大技术、远程信号控制技术和信号多分辨提取技术，有效提升光信号传输距离和信号分析识别能力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及管道安全监测领域，具体地说是一种采用光纤作为传感器的长距离分布式光纤振动监测装置及其实现方法。技术背景随着光纤通信技术的发展，光纤传感技术也逐步兴起。光纤传感的探测对象十分广泛，包含温度、湿度、应变、加速度、振动、电压、电流等多种参量，同时具有灵敏度高、电绝缘性好、抗电磁干扰、测量精度高等优点，拥有广阔的应用市场。分布式光纤传感技术是将光纤即作为传感单元，又作为信号传输的介质，实现光纤空间分布区域的对象全部监测，具有光纤传感的优势外，还具有监测距离长、应用灵活等特点，适用于石油石化、大型土木、电力、港口等大范围监测领域。分布式光纤振动传感技术主要应用管道安全监测领域，其设计原理包含马赫-曾德干涉仪技术、白光干涉技术和相位敏感OTDR技术。马赫-曾德干涉仪技术设计架构简易，但对于长距离来讲会受到偏振衰弱的影响，导致定位准确性极差，应用效果不好；白光干涉技术硬件成本低，但零点定位算法难度高，同时受到周围环境干扰同样会存在定位准确性差的问题，无法满足应用；相位敏感OTDR技术通过时域准确定位，不存在定位偏差问题，目前已成功应用于管道安全监测中。现有油气管线长约几十公里甚至上百公里，现有的分布式光纤振动传感系统监测距离约为50km，需要多台系统组合方式实现管线的监测。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中存在的缺点和不足，提出了一种能够进一步的延长系统的监测距离，应用成本明显降低，经济效益显著提升的长距离分布式光纤振动监测装置及其实现方法。本专利技术可以通过以下措施达到：一种长距离分布式光纤振动监测装置，其特征包含：脉冲源、光纤放大器、环形器、探测光纤、中继放大模块、后向放大模块、窄带滤波器、信号探测模块、采集模块、同步控制模块、上位机、耦合器(分光比为1:99)、2个波分复用器、2个放大激光源、2个反馈探测模块、电源控制模块，其中脉冲源输出与光纤放大器的输入端相连，光纤放大器的输出端与环形器的1端口相连，环形器2端口与探测光纤1相连，探测光纤另一端与中继放大模块的输入端相连，输出端连接探测光纤2，探测光纤2的另一端连接后向放大模块，环形器3端口与窄带滤波器COM端相连，透射端与信号探测模块光纤接口相连，信号探测模块模拟模拟信号与采集模块输入相连，采集模块的通信口与上位机对应通信接口相连，上位机控制通信口与同步控制模块相连，同步控制模块的输出分别与脉冲光源的同步输入、采集模块的触发端相连。本专利技术所述的脉冲光源采用超窄线宽激光器，其脉冲实现可通过内部电路调制实现，也可通过外部调制器实现；所述的光纤放大器，将脉冲源信号增强，放大器峰值功率输出大于2W，可采用掺铒光纤放大器来实现；所述的中继放大模块，是将光源信号与放大源信号共同接入到输出端的探测光纤中，通过受激效应进行分布式放大，放大源功率大于300mW；所述的后向放大模块，是将放大源反向输入到探测光纤中，通过受激效应见光纤中的光源信号进行分布式放大；所述的窄带滤波器，是将光纤传输、放大等因素引起的噪声滤除，保留真是携带振动信息的光信号，滤波带宽不超过100GHz，隔离度大于50dB；所述的信号探测模块，实现光电的转换功能，同时结合弱信号放大电路设计和模拟信号处理，光电转换后放大效果满足103～104，具有初步信号处理设计；所述的采集模块，采样速率10M～100MSPS可设，便于不同长度灵活应用，采集传输并行工作，数据上传速度不低于200MB/s；所述的波分复用器，作为放大激光输入的桥梁，要求满足光源和放大激光源的波长复用，3端口分别为公共COM口、光源口和放大激光口；所述的放大激光源，波长为脉冲源波长短波长频移13.2THz，放大源功率大于300mW；所述的反馈探测模块，对探测光纤前端模块是否连接上电进行探测和反馈，以此作为是否开启放大激光源，作为应用的智能判断功能；所述的电源控制模块，是通过反馈探测模块的识别判断结果，进行开启或关闭放大激光源。本专利技术还提出了一种长距离分布式光纤振动监测装置的实现方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：脉冲源发出激光脉冲，经光纤放大器进行信号放大，作为光源信号；步骤2：光源信号经过环形器的2端口输送到实际敷设的探测光纤1中，光纤中每一处脉冲光到达位置均会产生瑞利散射信号，其周围的环境振动会被加载到瑞利散射信号中，引起其相位发生变化；步骤3：光源在探测光纤1中传输达到25km后因为其衰减导致能量下降，其散射信号能量大幅度降低，经过中继放大模块，光源与放大激光共同进入探测光纤2，放大激光因拉曼效应能量转移；步骤4：随着传输距离的增加，放大模块的能量仅可传输至探测光纤2的一半，约为45km；步骤5：后向放大模块从探测光纤2的末端输入，与放大模块相互补充，起到双向放大作用，保证探测光纤2的长度可达90km；步骤6：在探测光纤1和探测光纤2中携带振动信息的瑞利信号经过环形器的2端口进入，3端口输出到窄带滤波器，滤除因放大模块能量未转移部分的噪声信号；步骤7：过滤后信号送入信号探测模块转化为电信号，并进行放大和处理后，输出给采集模块进行数字转化；步骤8：控制模块同时发出同步信号，同时控制脉冲源和采集模块，保证采集数据的时间准确性，用于时域定位；步骤9：采集到的数字信息送入上位机进行信号处理，同时上位机发出控制命令给控制模块；步骤10：中继放大模块和后端放大模块设计远程控制装置，使其与前端主机开启和关闭同步进行；步骤11：探测光纤1连接中继放大模块的输入端，输入后通过耦合器(1:99)将信号分为两路，1％的一路作为探测信号，进入反馈探测模块1(14)，通过分析后将结果输出给电源控制电路1，对放大激光器1开启和关闭进行控制；99％一路经过波分复用器1与激光放大器1的光复用作为输出进入探测光纤2；步骤12：探测光纤2连接后端放大模块的端口，其直接通过波分复用器2进入反馈探测模块2，通过分析后将结果输出给电源控制电路2，对放大激光器2开启和关闭进行控制；放大激光器2通过波分复用器输出到探测光纤2中。本专利技术相对于现有技术，具有能够进一步的延长系统的监测距离，应用成本明显降低，经济效益显著提升等优点，系统设计采用光时域反射定位技术、相位敏感识别技术、分布式放大技术、远程信号控制技术和信号多分辨提取技术，有效提升光信号传输距离和信号分析识别能力。附图说明图1是分布式光纤长距离管道安全监测系统实现方法框图图2是中继放大模块器件构成示意图图3是后向放大模块器件构成示意图附图标记：1、脉冲源，2光纤放大器，3、环形器，4、探测光纤1，5、中继放大模块，6、探测光纤2，7、后向放大模块，8、窄带滤波器，9、信号探测模块，10、采集模块，11、上位机，12、同步控制模块，13、耦合器(1:99)，14波分复用器1，15、放大激光源1，16、电源控制模块1，17、反馈探测模块1，18、波分复用器2，19、反馈探测模块2，20、放大激光源2，21、电源控制模块2。具体实施方式以下结合技术方案和附图详细说明本专利技术的具体实施方式。第一，脉冲源(1)发出激光脉冲，经光纤放大器(2)进行信号放大，作为光源信号；第二，光源信号经过环形器(3)的2端口输送到实际敷设的探测光纤1(4)中，光纤中每一处脉冲光到达位置均会产生瑞利散射信号，其周围的环境振动会被加载到本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种长距离分布式光纤振动监测装置，其特征在于设有脉冲源、光纤放大器、环形器、探测光纤、中继放大模块、后向放大模块、窄带滤波器、信号探测模块、采集模块、同步控制模块、上位机、耦合器(分光比为1:99)、2个波分复用器、2个放大激光源、2个反馈探测模块、电源控制模块，其中脉冲源输出与光纤放大器的输入端相连，光纤放大器的输出端与环形器的1端口相连，环形器2端口与探测光纤1相连，探测光纤另一端与中继放大模块的输入端相连，输出端连接探测光纤2，探测光纤2的另一端连接后向放大模块，环形器3端口与窄带滤波器COM端相连，透射端与信号探测模块光纤接口相连，信号探测模块模拟模拟信号与采集模块输入相连，采集模块的通信口与上位机对应通信接口相连，上位机控制通信口与同步控制模块相连，同步控制模块的输出分别与脉冲光源的同步输入、采集模块的触发端相连。

【技术特征摘要】
1.一种长距离分布式光纤振动监测装置，其特征在于设有脉冲源、光纤放大器、环形器、探测光纤、中继放大模块、后向放大模块、窄带滤波器、信号探测模块、采集模块、同步控制模块、上位机、耦合器(分光比为1:99)、2个波分复用器、2个放大激光源、2个反馈探测模块、电源控制模块，其中脉冲源输出与光纤放大器的输入端相连，光纤放大器的输出端与环形器的1端口相连，环形器2端口与探测光纤1相连，探测光纤另一端与中继放大模块的输入端相连，输出端连接探测光纤2，探测光纤2的另一端连接后向放大模块，环形器3端口与窄带滤波器COM端相连，透射端与信号探测模块光纤接口相连，信号探测模块模拟模拟信号与采集模块输入相连，采集模块的通信口与上位机对应通信接口相连，上位机控制通信口与同步控制模块相连，同步控制模块的输出分别与脉冲光源的同步输入、采集模块的触发端相连。2.根据权利要求1所述的一种长距离分布式光纤振动监测装置，其特征在于所述的脉冲光源采用超窄线宽激光器，其脉冲实现可通过内部电路调制实现，也可通过外部调制器实现；所述的光纤放大器，将脉冲源信号增强，放大器峰值功率输出大于2W，可采用掺铒光纤放大器来实现；所述的中继放大模块，是将光源信号与放大源信号共同接入到输出端的探测光纤中，通过受激效应进行分布式放大，放大源功率大于300mW；所述的后向放大模块，是将放大源反向输入到探测光纤中，通过受激效应见光纤中的光源信号进行分布式放大。3.根据权利要求1所述的一种长距离分布式光纤振动监测装置，其特征在于所述的窄带滤波器，是将光纤传输、放大等因素引起的噪声滤除，保留真是携带振动信息的光信号，滤波带宽不超过100GHz，隔离度大于50dB；所述的信号探测模块，实现光电的转换功能，同时结合弱信号放大电路设计和模拟信号处理，光电转换后放大效果满足103～104，具有初步信号处理设计；所述的采集模块，采样速率10M～100MSPS可设，便于不同长度灵活应用，采集传输并行工作，数据上传速度不低于200MB/s；所述的波分复用器，作为放大激光输入的桥梁，要求满足光源和放大激光源的波长复用，3端口分别为公共COM口、光源口和放大激光口；所述的放大激光源，波长为脉冲源波长短波长频移13.2THz，放大源功率大于300mW。4.根据权利要求1所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：纪圣华，王建强，张凯，乔秋晓，王秀亮，
申请(专利权)人：威海北洋光电信息技术股份公司，
类型：发明
国别省市：山东;37