分布式光纤扰动传感信号时间增益控制装置制造方法及图纸

分布式光纤扰动传感信号时间增益控制装置用于各类输送危险或高价值化工品管道安全监测监控等的管道监控，ＬＤ激光器（１０１）信号发射端经光纤放大器（１０２）连接至光纤分路器（１０３）的信号耦合端，ＬＤ激光器（１０１）驱动端连到定位主机（１０９）的ＰＣＩ接口；传感光纤（１０４）串联在光纤分路器（１０３）的信号分路端上，光纤分路器（１０３）另一信号分路端连接至光滤波器（１０５）信号输入口，该光滤波器（１０５）的光信号输出口依次串联光电探测器（１０６）、放大器（１０７）和Ａ／Ｄ采样卡（１０８）后输出到定位主机（１０９）进行信号处理；放大器（１０７）有一路控制端接到ＴＧＣ控制电路（１１０），由ＴＧＣ控制电路（１１０）控制放大器（１０７）对传感光纤（１０４）近远端的放大增益系数。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术用于各类输送危险或高价值化工品管道安全监测监控等的管道监 控，以及重要仓库、重要航站库、机库、爆炸品库、国境线、航空、航天基地、 导弹基地、银行、博物馆、监狱等的监控；城市自来水、煤气、天然气、供热管 道安全监测监控；石油、天然气长输管道安全监测监控等周界安全防卫的宽域全 光纤扰动传感与定位系统的扰动定位信号时间增益控制技术，属于光纤传感检测

技术介绍
光纤传感技术是20世纪70年代伴随着光导纤维及光纤通信技术发展而另辟新 径迅速发展起来的一种崭新的传感技术。概括地说，光纤传感器就是利用光纤将 待测量对光纤内传输的光波参量进行调制，并对被调制过的光波信号进行解调检 测，从而获得待测量值的一种装置。宽域全光纤扰动传感与定位系统的原理是基于光纤中的后向瑞利散射效应，借 助光时域反射技术来实现分布式振动测量的。扰动传感与定位系统以其可对被测 量场的连续空间进行实时测量的特点而成为光纤传感技术中极其引人注目的一项 新技术。扰动传感与定位系统不仅具有一般光纤传感器的特点，而且充分利用了 光纤空间连续分布的特点，可以在沿光纤分布的路径上同时得到被测量的时间和 空间分布信息， 一举解决了许多重大应用场合下其他类型传感器难以胜任的测量 任务，显示出十分经济和现实的应用前景。对于一些重要设施或区域，如军事禁区、高危禁区等，传统的铁丝电网对周界安全保护、阻止非法侵入的效率非常低。而产用宽域全光纤扰动传感与定位系统， 不仅能极大的提高周界的警报效率，还能对警报地点准确定位，进行监听。从而 实现对整个重要区域的实时安全预警。对重要设施与区域、构筑周界物或埋地管 道使用宽域全光纤定位网络系统是技术发展的必然趋势，具有广阔的应用市场。 在国外，宽域全光纤扰动传感与定位系统已被大量的应用在光纤安全预警定位系统。随之光纤传感技术的不断发展和推广，各种光纤安全预警定位技术也在 不断发展。目前已有的安全监测主要有两类。 一种是分布式温度和应力监测技术， 主要利用光纤的非线性特性(拉曼效应和布里渊效应)实时采集外界事件对光纤 的温度影响和冲击应力来确定警报的位置，这种技术受到光缆的结构和光缆与报 警地点的距离限制而影响监测效果。另一种就是常用在管道破坏预警方面的声波 检测技术，该技术是利用声波沿管道传输原理，在每隔一定距离安装一个有源传 感器，采集管道沿线的声音信号加以分析，确定事件性质，进而对破坏管道事件 提前发现，但每个传感器件必须配备一套供电装置和通信装置，这不仅增加了设 备的投资和维护成本，而且这些设施本身也容易遭到破坏，使系统不能正常工作。
技术实现思路
技术问题本技术的目的是提供一种分布式光纤扰动传感信号时间增益 控制装置，以提高微弱后向反射光信号检测和采集的准确度和稳定性。技术方案在本技术中，LD激光器信号发射端经光纤放大器连接至光纤 分路器的信号耦合端，LD激光器驱动端连到定位主机的PCI接口；传感光纤串联在 光纤分路器的信号分路端上，光纤分路器另一信号分路端连接至光滤波器信号输 入口，该光滤波器的光信号输出口依次串联光电探测器、放大器和A/D采样卡后输 出到定位主机进行信号处理；放大器有一路控制端接到TGC控制电路，由TGC控制 电路控制放大器对传感光纤近远端的放大增益系数。由于光纤损耗的影响，光纤前后两端的瑞利散射光信号强弱相差较大。前段信 号较强，若放大倍数过大将导致A/D转换电路饱和，使采集到的信号失真。后段信 号较弱，使用较大的放大倍数可增大散射信号的绝对值。为使近距离的反射信号 得到较小的放大量，而使远距离的反射信号得到较大的放大量，这样就能得到不 失真的完整接收信号，这种技术成为深度补偿，又称为时间增益控制(Time Gain Control)，简称TGC。一套完备的具有时间增益控制装置的宽域全光纤扰动传感与定位系统如附图 1所示。*由定位主机109逻辑控制，产生脉冲驱动，再由半导体激光器LD101产生 泵浦光脉冲，经光纤放大器(EDFA) 102进行功率提升后通过光纤分路器 (3dB光藕合器)103藕合进传感光纤104，在传感光纤104中将产生后向散射光，回来的后向散射光再经光纤分路器103耦合到光滤波器105进行滤波和分离，从而得到后向瑞利散射光，自此便完成了信号的采集工作。 *从光滤波器105分离出来的后向反瑞利散射光再输入至光电探测(PD)106进行光电转换，经前级放大后，从而完成信号的光电探测工作。 *此时信号己由光功率形式转换成电平形式，再分别进入放大器107对电平 信号进行放大，而后分别由A/D采集卡108进行模数转换，从而得到数字信 号，再由定位主机109对数字信号进行信号处理、分析计算，便最终得到 报警信息。*采用时间增益控制装置的宽域全光纤扰动传感与定位系统，在将信号由光 功率形式转换成电平形式后，在电路中加上TGC控制电路llO，实现对电信号的时间增益控制。实现原理 1. TGC原理由于光纤本身的吸收作用，光信号在光纤中按照指数规律衰减，如附图2(a)、 (b)所示。经过时间增益补偿后，不同距离的接收信号幅度不再衰减，从而得到不 失真信号，如附图2(c)、 (d)所示。分析TGC问题可用平均吸收系数，以a (l)表示平均衰减系数，把衰减系数看 作1的函数，用R(1)表示距离为1处的反射系数，则反射信号S(l)可表示为-S(O =及(/)尺/e P"(')" 等式(1) 式中，l为光信号传播长度，t为传播时间，1=0 t。 I为入射光强度，C为光在光 纤中的传播速度。K为放大器的增益为了消除指数项，可使光纤电路具有一个可控的增益函数，并使3(1)=2(1 (1)。此 时，S(t)将只与R(l)有关。TGC控制电路是一种非线性射频放大电路，通常由几种电路组合而成。附图3 画出了TGC控制电路构成的扫描增益函数。总增益粗调控总的线性放大倍数；近增益调节控制与光纤近端的反射信号增 益；延时调节控制补偿实际开始的位置；斜率调节控制补偿增益急骤上升的程度;曲率调节控制增益变化规律，使其按指数升、降或平滑；远增益一般用来控制光 纤远端的光反射信号增强或抑制；增强调节控制可以增强某些指定地点的光反射 信号，可以使用一个矩形脉冲骑跨在增益函数上，使操作者对某一局部给出附加 放大，脉冲幅度表示增强的幅值，增强的持续时间相应于增强的作用区间，增强 延时控制增强开始的部位。将场效应管接入放大器的输入端，利用控制极电压与漏极电流之间的非线性关 系，控制负反馈电压到输入端，实现时间增益控制。还可以利用电控衰减器来实 现时间增益控制，可以由二极管、三极管或场效应管的网络电路构成， 一般通过 调节二极管、三极管或场效应管的支流工作点来改变它们的微变参数，从而改变 衰减器的衰减系数来实现增益控制，将衰减器接入放大电路中。方法一，通过单一模拟电路，用三个电位器控制总增益、近场和远场增益，釆 用N沟道的结型场效应管作模拟开关，进行时间增益控制。方法二，通过模拟/数字混合电路，使用AD604、 AD7226等模拟芯片，并将模拟 电路与微处理器接口相连，使增益数字量转化为模拟量，实现时间增益控制。分布式光纤扰动传感信号时间增益控制装置的结构为，LD激光器信号发射端经 光纤放大器连接至光纤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分布式光纤扰动传感信号时间增益控制装置，其特征是：ＬＤ激光器（１０１）信号发射端经光纤放大器（１０２）连接至光纤分路器（１０３）的信号耦合端，ＬＤ激光器（１０１）驱动端连到定位主机（１０９）的ＰＣＩ接口；传感光纤（１０４）串联在光纤分路器（１０３）的信号分路端上，光纤分路器（１０３）另一信号分路端连接至光滤波器（１０５）信号输入口，该光滤波器（１０５）的光信号输出口依次串联光电探测器（１０６）、放大器（１０７）和Ａ／Ｄ采样卡（１０８）后输出到定位主机（１０９）进行信号处理；放大器（１０７）有一路控制端接到ＴＧＣ控制电路（１１０），由ＴＧＣ控制电路（１１０）控制放大器（１０７）对传感光纤（１０４）近远端的放大增益系数。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵兴群，陈卿，孙小菡，殷强，王晓勇，田丰，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：实用新型
国别省市：84[中国|南京]