一种基于φ-OTDR的复合光纤振动传感系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于的复合光纤振动传感系统，该系统在以单模光纤为传感介质的基础上使用多模光纤与单模光纤混合为敏感元件，实现光纤远程敏感。传感过程为高功率激光脉冲经环行器入射到多模光纤，然后通过模式转换器流入单模光纤，这样的传感介质有效避免高功率探测脉冲直接流入单模光纤造成调制不稳定，受激布里渊效应等非线性效应导致的探测距离不敏感；还可以避免探测距离的前端因光电探测器产生饱和现象而导致的前端区域不敏感，同时避免只用多模光纤造成传输距离不远，基于复合多模—单模光纤实现30km远程敏感。基于复合多模—单模光纤实现30km远程敏感。基于复合多模—单模光纤实现30km远程敏感。

【技术实现步骤摘要】
一种基于的复合光纤振动传感系统


[0001]本专利技术涉及分布式反射传感
，尤其是涉及一种基于的复合光纤振动传感系统。

技术介绍

[0002]分布式光纤传感器与其它传感技术相比具有探测距离远，灵敏度高，响应速度快等优点。因此被广泛应用于周界安防，油气管道监测，轨道交通等众多领域，已成为目前较为理想的大型设施无损检测技术。
[0003]目前，应用最广泛的分布式光纤传感技术主要有相位敏感光时域反射仪，其使用探测脉冲在光纤中的瑞利散射光进行分布式传感。通过检测散射光的相位变化来实现对扰动信号的传感，这种技术已应用于分布式振动传感中。然而随着对传感距离的增加，简单的单模光纤传感距离受到限制，导致传感距离不足。高功率脉冲会导致探测距离的前端因光电探测器产生饱和现象而导致的不敏感区域；高功率脉冲还会导致单模光纤传感的非线性效应，探测距离出现不敏感的区域，不能实现测量前端扰动信号。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于的复合光纤振动传感系统，该系统通过将多模光纤与单模光纤相结合，解决了高功率脉冲对探测距离的前端因光电探测器产生饱和现象而导致的不敏感区域现象，且具有良好实现光纤传感远程敏感，结构容易实现等优点。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006]一种基于的复合光纤振动传感系统，包括窄线宽激光器、多模光纤环行器、多模光纤、单模光纤、平衡光探测器、数据采集卡、工控机、两个模式转换器、两个掺饵光纤放大器、两个衰减器和两个滤波器，窄线宽激光器、声光调制器、第一掺饵光纤放大器、第一衰减器、第一滤波器依次连接，第一滤波器的输出端连接多模光纤环行器，所述多模光纤环行器的一端与所述多模光纤连接，所述多模光纤通过第一模式转换器连接单模光纤，所述多模光纤环行器的另一端连接第二模式转换器，第二模式转换器连接第二掺饵光纤放大器，第二掺饵光纤放大器与第二衰减器、第二滤波器、平衡光探测器依次连接，所述平衡光探测器的输出端与数据采集卡和工控机依次连接。
[0007]所述第一滤波器的输出端与所述多模光纤环行器的一号端口连接，所述多模光纤环行器的二号端口与所述多模光纤连接，所述多模光纤环行器的三号端口与所述第二模式转换器连接。
[0008]所述窄线宽激光器的信号经过声光调制器调制成脉冲信号，并经过第一掺饵光纤放大器进行功率放大，功率放大后的信号经过第一衰减器调制脉冲功率后，通过第一滤波器输入多模光环行器的一号端口，并由二号端口输出至多模光纤后，通过第一模式转换器
流至单模光纤，产生的瑞利背向散射光由多模光环行器的二号端口输入并由三号端口输出，三号端口输出的瑞利背向散射光通过第二模式转换器将多模信号转换为单模信号，并经过第二掺饵光纤放大器，由第二衰减器调制信号功率，经第二滤波器滤波后，将平衡光探测器接收到瑞利背向散射光进行光电转换，并将电信号传输至数据采集卡进行模数转换，将数字信号传递至工控机进行信号处理。
[0009]进一步地，所述窄线宽激光器采用波长为1550nm，输出功率为10mW，线宽为3kHz的激光器。
[0010]进一步地，所述声光调制器的调制带宽为100MHz，上升沿时间为30ns。
[0011]进一步地，所述第一掺饵光纤放大器和所述第二掺饵光纤放大器的放大增益为25dB。
[0012]进一步地，所述多模光纤采用5km的多模光纤。
[0013]进一步地，所述单模光纤采用25km的单模光纤。
[0014]进一步地，所述平衡光探测器采用低噪声PIN光电二极管。
[0015]进一步地，所述数据采集卡采用采样频率为20M/S的数据采集卡。
[0016]相较于现有技术，本专利技术提供的基于的复合光纤振动传感系统，至少包括如下有益效果：
[0017]1)将多模光纤与单模光纤相结合作为传感介质，通过将脉冲在多模光纤中传播，产生多个模式的瑞利向后散射信号后，经过模式转换器变成单模信号，功率损失较大，不会导致光电探测器出现饱和现象，解决了高功率脉冲对探测距离的前端因光电探测器产生饱和现象而导致的不敏感区域现象；
[0018]2)多模光纤具有更高的非线性阈值水平以及更高的散射光捕获率，本专利技术使用多模光纤与单模光纤相结合作为传感光纤，能够解决高功率脉冲导致的单模光纤出现的非线性效应问题，受激布里渊效应，能够良好地实现光纤传感远程敏感，进而实现测量远端扰动信号，可使光纤传感实现在功率为240mW的高功率探测脉冲下30km的远程探测距离；
[0019]3)本专利技术采用常规光电器件组合，技术方案简单，结构容易实现。
附图说明
[0020]图1为实施例中基于的复合光纤振动传感系统的结构框图；
[0021]图2为实施例中典型的输出功率与背向瑞利散射之间的数值关系图；
[0022]图3为实施例中复合光纤下输出功率与背向瑞利散射之间的数值关系图；
[0023]图4为实施例中在低功率脉冲下多模-单模中探测的有效距离；
[0024]图5为实施例中在高功率脉冲下多模-单模光纤中探测的有效距离；
[0025]图1中标号所示：
[0026]1、窄线宽激光器，2、声光调制器，3、第一掺饵光纤放大器，4、第一衰减器，5、第一滤波器，6、多模光纤环行器，7、多模光纤，8、第一模式转换器，9、单模光纤，10、第二模式转换器，11、第二掺饵光纤放大器，12、第二衰减器，13、第二滤波器，14、平衡光探测器，15、数据采集卡，16、工控机。
具体实施方式
[0027]下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本专利技术保护的范围。
[0028]实施例
[0029]本专利技术涉及一种基于的复合光纤振动传感系统，该系统应用探测脉冲经传感光纤返回的瑞利背向散射光的变化来判断扰动点的位置。如图1所示，该系统包括窄线宽激光器(DFB(Distributed Feedback Laser)激光器)1，声光调制器(AOM，acousto-optic modulator)2，两个掺饵光纤放大器(EDFA，Erbium Doped Fiber Application Amplifier)3、11，两个衰减器(OA)4、12，两个滤波器(OF)5、13，多模光纤环行器(OC)6，多模光纤(MFM)7，两个模式转换器(MC)8、10，单模光纤(SFM)9，平衡光探测器(PD)14，数据采集卡(DAQ)15和工控机(IPC)16。
[0030]窄线宽激光器1、声光调制器2、第一掺饵光纤放大器3、第一衰减器4、第一滤波器5依次连接。第一滤波器5的输出端连接多模光纤环行器6，多模光纤环行器6的一端与多模光纤7连接，多模光纤7通过第一模式转换器8连接单模光纤9；多模光纤环行器6的另一端连接本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于的复合光纤振动传感系统，其特征在于，包括窄线宽激光器、多模光纤环行器、多模光纤、单模光纤、平衡光探测器、数据采集卡、工控机、两个模式转换器、两个掺饵光纤放大器、两个衰减器和两个滤波器，窄线宽激光器、声光调制器、第一掺饵光纤放大器、第一衰减器、第一滤波器依次连接，第一滤波器的输出端连接多模光纤环行器，所述多模光纤环行器的一端与所述多模光纤连接，所述多模光纤通过第一模式转换器连接单模光纤，所述多模光纤环行器的另一端连接第二模式转换器，第二模式转换器连接第二掺饵光纤放大器，第二掺饵光纤放大器与第二衰减器、第二滤波器、平衡光探测器依次连接，所述平衡光探测器的输出端与数据采集卡和工控机依次连接。2.根据权利要求1所述的基于的复合光纤振动传感系统，其特征在于，所述第一滤波器的输出端与所述多模光纤环行器的一号端口连接，所述多模光纤环行器的二号端口与所述多模光纤连接，所述多模光纤环行器的三号端口与所述第二模式转换器连接。3.根据权利要求2所述的基于的复合光纤振动传感系统，其特征在于，所述窄线宽激光器的信号经过声光调制器调制成脉冲信号，并经过第一掺饵光纤放大器进行功率放大，功率放大后的信号经过第一衰减器调制脉冲功率后，通过第一滤波器输入多模光环行器的一号端口，并由二号端口输出至多模光纤后，通过第一模式转换器流至单模光纤，产生的瑞利背向散射光由...

【专利技术属性】
技术研发人员：王振伟，孔勇，丁伟，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：发明
国别省市：