一种提高光纤振动系统探测距离的方法技术方案

本发明专利技术提供一种提高光纤振动系统探测距离的方法，包括时分脉冲序列信号调制、转换为时分脉冲干涉信号、转换为电信号和解析提取振动信息的位置特征、分类特征。本发明专利技术将激光源和脉冲信号发生器产生的信号调制成时分脉冲序列信号，并进行滤波和放大后输出至无源传感模块依次转换为时分脉冲干涉信号和电信号，信号处理装置将电信号解析还原取出振动信息的位置特征和分类特征，主要利用部分应用场合振动信号的特性，在满足该类目标客户的需求前提下，进一步提高探测距离，利用本发明专利技术，可以很好的兼顾探测距离和精度两个指标，在不降低探测精度的前提下，进一步提高探测距离(相比脉冲光而言)，探测距离可以超过160km，分辨率达到+/

【技术实现步骤摘要】
一种提高光纤振动系统探测距离的方法


[0001]本专利技术涉及通信
，具体涉及一种提高光纤振动系统探测距离的方法。

技术介绍

[0002]随着光纤技术的发展，光纤传感技术广泛应用于各个领域。其中双M
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Z(Mach
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Zehnder，马赫
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曾德尔)干涉仪由于其高灵敏度特性，常用于长距离光纤周界安防，海缆监测等领域。
[0003]对于某些应用场合而言，探测距离的长度是最关键的技术指标，尤其是不额外增加有源中继放大器单段M
‑
Z干涉系统能够实现的探测距离。探测距离长度主要取决于(1)激光源的功率，(2)光纤的损耗以及(3)探测板的灵敏度。光纤越长，光纤损耗会越大；探测板的灵敏度大约在
‑
55dbm水平，想提高很困难。由于受激布里渊散射效应，当光纤长度较长(超过几十km)时，光源能够注入的最大功率是有限的，通常最大只有几毫瓦(例如3dbm)。超过该阈值，注入的激光功率大部分能量会被反射回来。由于上面3个因素的限制，如果激光源为连续发射(即直流光)，双M
‑
Z干涉系统的最大探测距离只有90km左右。
[0004]为此，人们想出了改进方案，激光源发射的光源为脉冲光，如图1所示，即连续发射等周期的脉冲，例如2MHz周期，占空比为10％
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90％不等。这样平均功率保持不变的前提下，最大发射功率能够提高7
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10dB。对应的探测距离也能提高20
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30km。脉冲光方案最大探测距离可以提高到120km左右。
[0005]激光源改成连续发射的脉冲光形式后，可以提高光源的最大峰值发射功率。但是这个方案也有不足，为了让2束光形成干涉，占空比不能无限制减小。光源经过1分2光耦合器分成2束光后，再经过2个传感臂的传播，到达后面的1分2耦合器的时候，需要同时到达才能形成干涉。光缆距离越长，这2个传感臂的长度越不容易严格一致，总会有些偏差，也就是传感臂传播的2束光光程差有差异。如果脉冲光的有光部分持续时间太短，经过第一个1分2光耦合器的2束光的有光部分很难同时到达后面一个1分2光耦合器，这样就不能形成干涉。
[0006]由于器件的原因，主要是声光调制器，光的上升和下降时间大约是几十ns的水准。导致光脉冲的有光部分宽度也不能无限制减小。
[0007]由于激光源改成发射连续脉冲光，相当于降低了系统采样率。探测精度为光速*光纤折射率/系统采样时钟，探测系统的探测精度也相应降低。为了保证探测精度，脉冲的周期不能太长。
[0008]综合考虑，这个方案的峰值发射功率有所提高，探测距离变长，但改善也是一定程度的，同时探测精度会降低，即：现有脉冲光方案探测距离在120km左右，探测精度同时有所降低，不能满足某些工程应用的需要，需要其他的技术手段进一步提高系统的探测距离。

技术实现思路

[0009]本专利技术是为了解决光纤探测距离和探测精度的问题，提供一种提高光纤振动系统探测距离的方法，将激光源和脉冲信号发生器产生的信号调制成时分脉冲序列信号，并进
行滤波和放大后输出至无源传感模块依次转换为时分脉冲干涉信号和电信号，信号处理装置将电信号解析还原取出振动信息的位置特征和分类特征，本专利技术将激光源输出的信号调制成时分脉冲序列信号后，由于占空比减小，在不提高输出平均功率的前提下，提高激光源放大后的输出峰值功率，利用部分应用场合振动信号的特性，在满足该类目标客户的需求前提下，进一步提高探测距离，利用本专利技术，可以很好的兼顾探测距离和精度两个指标，在不降低探测精度的前提下，进一步提高探测距离(相比脉冲光而言)，探测距离可以超过160km，分辨率达到+/
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50m的水平。
[0010]本专利技术提供一种提高光纤振动系统探测距离的方法，包括以下步骤：
[0011]S1、脉冲光调制装置将激光源和脉冲信号发生器产生的信号调制成时分脉冲序列信号并输出至滤波放大系统，时分脉冲序列信号包括若干个时分排列的具有时间宽度的脉冲序列信号，每个脉冲序列信号中包括若干个连续光信号；
[0012]S2、时分脉冲序列信号经滤波放大系统滤波和放大，保持输出平均功率不变、提高输出峰值功率后输出至无源传感模块，无源传感模块产生两路时分脉冲干涉信号输出至接收探测器，接收探测器接收两路时分脉冲干涉信号并转换为两路电信号输出至信号处理装置，激光源、无源传感模块和接收探测器为双MZ干涉系统；
[0013]S3、信号处理装置将电信号解析还原为时分脉冲干涉信号，通过判断每个时分脉冲干涉信号的特征，挑选时分脉冲干涉信号并进行解析后提取出振动信息的位置特征和分类特征，光纤振动系统探测完成。
[0014]本专利技术所述的一种提高光纤振动系统探测距离的方法，作为优选方式，步骤S1中，脉冲光调制装置为以下任意一种：AOM声光调制器、半导体光放大器、电光调制器；
[0015]脉冲序列信号的宽度为ms级；脉冲序列信号按规律排列以进行解析还原。
[0016]本专利技术所述的一种提高光纤振动系统探测距离的方法，作为优选方式，连续光信号为连续直流光信号或者连续脉冲光信号；
[0017]连续脉冲光信号的周期宽度为百ns级。
[0018]本专利技术所述的一种提高光纤振动系统探测距离的方法，作为优选方式，步骤S2包括：
[0019]S21、时分脉冲序列信号经滤波放大系统滤波和放大后输出至无源传感模块；
[0020]S22、无源传感模块中的第一分光耦合器接收时分脉冲序列信号并分别输出至第二分光耦合器和第三分光耦合器，第二分光耦合器将时分脉冲序列信号经传感臂转换为时分脉冲干涉信号输出至第三分光耦合器并经过传导臂输出至接收探测器的第一光电探测板生成顺时针电信号，第三分光耦合器将第一分光耦合器经过传导臂输出的时分脉冲序列信号输出至传感臂转换为时分脉冲干涉信号并经过第二分光耦合器输出至接收探测器的第二光电探测板生成逆时针电信号。
[0021]本专利技术所述的一种提高光纤振动系统探测距离的方法，作为优选方式，传感臂为第二分光耦合器和第三分光耦合器之间的光纤，传导臂包括第一分光耦合器、第三分光耦合器之间的光纤和第三分光耦合器、第一光电探测板之间的光纤。
[0022]本专利技术所述的一种提高光纤振动系统探测距离的方法，作为优选方式，第一分光耦合器为一分二光耦合器，第二分光耦合器和第三分光耦合器均为二分二光耦合器。
[0023]本专利技术所述的一种提高光纤振动系统探测距离的方法，作为优选方式，滤波放大
系统包括电连接的EFDA和滤波器，EFDA的增益可调。
[0024]本专利技术所述的一种提高光纤振动系统探测距离的方法，作为优选方式，步骤S3中，时分脉冲干涉信号的特征包括：脉冲个数、最小脉冲宽度和脉冲强度。
[0025]本专利技术所述的一种提高光纤振动系统探测距离的方法，作为优选方式，步骤S1中，脉冲光调制装置和脉冲信号发生器均在MCU的控制下产生信号。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高光纤振动系统探测距离的方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、脉冲光调制装置(1)将激光源(2)和脉冲信号发生器(3)产生的信号调制成时分脉冲序列信号并输出至滤波放大系统(4)，所述时分脉冲序列信号包括若干个时分排列的具有时间宽度的脉冲序列信号，每个所述脉冲序列信号中包括若干个连续光信号；S2、所述时分脉冲序列信号经所述滤波放大系统(4)滤波和放大，保持输出平均功率不变、提高输出峰值功率后输出至无源传感模块(5)，所述无源传感模块(5)产生两路时分脉冲干涉信号输出至接收探测器(6)，所述接收探测器(6)接收两路所述时分脉冲干涉信号并转换为两路电信号输出至信号处理装置，所述激光源(2)、所述无源传感模块(5)和所述接收探测器(6)为双MZ干涉系统；S3、所述信号处理装置将电信号解析还原为所述时分脉冲干涉信号，通过判断每个所述时分脉冲干涉信号的特征，挑选所述时分脉冲干涉信号并进行解析后提取出振动信息的位置特征和分类特征，光纤振动系统探测完成。2.根据权利要求1所述的一种提高光纤振动系统探测距离的方法，其特征在于：步骤S1中，所述脉冲光调制装置(1)为以下任意一种：AOM声光调制器、半导体光放大器、电光调制器；所述脉冲序列信号的宽度为ms级；所述脉冲序列信号按规律排列以进行解析还原。3.根据权利要求1所述的一种提高光纤振动系统探测距离的方法，其特征在于：所述连续光信号为连续直流光信号或者连续脉冲光信号；所述连续脉冲光信号的周期宽度为百ns级。4.根据权利要求1所述的一种提高光纤振动系统探测距离的方法，其特征在于：步骤S2包括：S21、所述时分脉冲序列信号经所述滤波放大系统(4)滤波和放大后输出至所述无源传感模块(5)；S22、所述无源传感模块(5)中的第一分光耦合器...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘云龙，李康，刘清振，李云，胡海林，余红荣，俞隽，于连庆，孙瑞强，杨伟辉，王勇，
申请(专利权)人：北京信维科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：