【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及振动事件监测，具体涉及一种基于多机制融合放大的超长距离dvs光时域反射计及其工作方法。
技术介绍
1、相位敏感光时域反射计φ-otdr(phase-sensitive optical time-domainreflectometry)利用光纤中的背向瑞利散射光信号，反映传感光纤沿线各点的振动信息，当外界环境没有振动事件发生时，背向瑞利散光射信号相对稳定；当局部位置发生振动事件时，对应位置的背向瑞利散射光信号波动起伏，通过对振动事件发生前后不同时刻的背向瑞利散射光信号进行差分处理和时域傅里叶变换解调出振动事件发生的位置及频率信息，实现分布式振动监测。φ-otdr已在周界安防、油气管线监测等领域广泛应用。
2、φ-otdr基于背向瑞利散射光信号实现传感，其信号强度较弱，30km传感距离时尾端信噪比较差，无法实现更远的传感距离，极大的限制了φ-otdr系统在长距离检测领域的应用，因此提升φ-otdr传感距离具有重大意义。目前主要的技术有掺铒光纤放大器(erbium-doped fiber amplifier,edfa)、分布式拉曼放大技术、分布式布里渊放大技术，例如，文献[1]中直接探测型φ-otdr系统中引入一阶双向分布式拉曼放大技术，在100m空间分辨下将传感距离提升至62km；文献[2]中采用一阶正向分布式拉曼放大技术，将15.7m空间分辨率的相干探测型φ-otdr系统的传感距离提升至103km；文献[3]中利用分布式布里渊放大技术，将10m空间分辨率的相干探测型φ-otdr系统传感距离提升至124km
3、虽然上述长距离φ-otdr系统方案有效的提升了传感距离，拓展了φ-otdr系统在长距离检测领域的应用，但是，其不足之处在于均需要远程供电，且传感距离有待进一步提升。
技术实现思路
1、鉴于以上问题，本专利技术提出一种基于多机制融合放大的超长距离dvs(分布式振动传感)光时域反射计及其工作方法。
2、根据本专利技术的一方面，提出一种基于多机制融合放大的超长距离dvs光时域反射计，所述超长距离dvs光时域反射计包括：激光器1、第一光纤耦合器2、第二光纤耦合器3、半导体光放大器4、第一声光调制器5、第一掺铒光纤放大器6、第一环形器7、偏振合束器8、第一拉曼激光器9、第二拉曼激光器10、第一波分复用器11、掺铒光纤12、第二波分复用器13、第三拉曼激光器14、第二掺铒光纤放大器15、第二环形器16、第三光纤耦合器17、光电平衡探测器18、检波器19、数据采集卡20、电光调制器21、第三环形器22、第三掺铒光纤放大器23、扰偏器24、光衰减器25、第四环形器26、任意波形发生器27、第一光纤布拉格光栅28、第二光纤布拉格光栅29；其中：
3、激光器1的光信号输出端与第一光纤耦合器2的光信号输入端连通，第一光纤耦合器2的两个光信号输出端分别与第二光纤耦合器3和电光调制器21的输入端连通；
4、第二光纤耦合器3的输出端分别与半导体光放大器4的输入端和第三光纤耦合器17的3端口连通；半导体光放大器4的输出端与第一声光调制器5的输入端连通，第一声光调制器5的输出端与第一掺铒光纤放大器6的输入端连通；第一掺铒光纤放大器6的输出端与第一环形器7的1端口相连接，第一环形器7的2端口连接待测光纤，第一环形器7的3端口连接第二掺铒光纤放大器15输入端；偏振合束器8的1端口连接待测光纤，2、3端口分别连接第一拉曼激光器9和第二拉曼激光器10；
5、第二掺铒光纤放大器15的输出端连接第二环形器16的1端口，第二环形器16的2端口连接第一光纤布拉格光栅28，第二环形器16的3端口连接第三光纤耦合器17的1端口，第三光纤耦合器17的2、4端口连接光电平衡探测器18一端，光电平衡探测器18另一端连接检波器19一端，检波器19另一端连接数据采集卡20；
6、电光调制器21的输出端连接第三环形器22的1端口，第三环形器22的2端口连接第二光纤布拉格光栅29，第三环形器22的3端口连接第三掺铒光纤放大器23输入端，第三掺铒光纤放大器23的输出端连接扰偏器24的输入端，扰偏器24的输出端连接光衰减器25输入端，光衰减器25输出端连接第四环形器26的1端口，第四环形器26的2端口连接第二波分复用器13的3端口；第二波分复用器13的2端口连接第三拉曼激光器14，1端口连接待测光纤；
7、待测光纤包含三段，第一波分复用器11的三个端口分别连接一段待测光纤；
8、任意波形发生器27的四个端口分别连接半导体光放大器4、第一声光调制器5、数据采集卡20、电光调制器21的输入端。
9、进一步地，待测光纤第一段两端分别连接第一环形器7的2端口和第一波分复用器11的1端口，第二段两端分别连接第一波分复用器11的2端口和偏振合束器8的1端口，第三段两端分别连接第一波分复用器11的3端口和第二波分复用器13的1端口，且第三段待测光纤中包含掺铒光纤12。
10、进一步地，所述激光器1的输出功率为15mw，输出波长为1550nm。
11、进一步地，所述第一光纤耦合器2为50:50的1×2耦合器，所述第二光纤耦合器3为90:10的1×2耦合器，所述第三光纤耦合器17为50:50的2×2耦合器。
12、进一步地，所述半导体光放大器4消光比为52db；所述第一声光调制器5的载频为100mhz。
13、进一步地，所述第一波分复用器11、第二波分复用器13的工作波段均为1480nm和1550nm。
14、进一步地，所述光电平衡探测器18的探测带宽为1ghz；所述电光调制器21的载频为100mhz。
15、进一步地，所述第一拉曼激光器9、所述第二拉曼激光器10、所述第三拉曼激光器14的输出功率均为15mw；其中第一拉曼激光器9、第二拉曼激光器10的输出波长为1480nm，第三拉曼激光器14的输出波长为1450nm。
16、根据本专利技术的另一方面，提出一种基于多机制融合放大的超长距离dvs光时域反射计的工作方法，所述工作方法基于所述超长距离dvs光时域反射计实现，所述超长距离dvs光时域反射计包括：激光器1、第一光纤耦合器2、第二光纤耦合器3、半导体光放大器4、第一声光调制器5、第一掺铒光纤放大器6、第一环形器7、偏振合束器8、第一拉曼激光器9、第二拉曼激光器10、第一波分复用器11、第二波分复用器13、第三拉曼激光器14、第二掺铒光纤放大器15、第二环形器16、第三光纤耦合器17、光电平衡探测器18、检波器19、数据采集卡20、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于多机制融合放大的超长距离DVS光时域反射计，其特征在于，包括：激光器(1)、第一光纤耦合器(2)、第二光纤耦合器(3)、半导体光放大器(4)、第一声光调制器(5)、第一掺铒光纤放大器(6)、第一环形器(7)、偏振合束器(8)、第一拉曼激光器(9)、第二拉曼激光器(10)、第一波分复用器(11)、掺铒光纤(12)、第二波分复用器(13)、第三拉曼激光器(14)、第二掺铒光纤放大器(15)、第二环形器(16)、第三光纤耦合器(17)、光电平衡探测器(18)、检波器(19)、数据采集卡(20)、电光调制器(21)、第三环形器(22)、第三掺铒光纤放大器(23)、扰偏器(24)、光衰减器(25)、第四环形器(26)、任意波形发生器(27)、第一光纤布拉格光栅(28)、第二光纤布拉格光栅(29)；其中：
2.根据权利要求1所述的基于多机制融合放大的超长距离DVS光时域反射计，其特征在于，待测光纤第一段两端分别连接第一环形器(7)的2端口和第一波分复用器(11)的1端口，第二段两端分别连接第一波分复用器(11)的2端口和偏振合束器(8)的1端口，第三段两端分别连接第一波分
3.根据权利要求2所述的基于多机制融合放大的超长距离DVS光时域反射计，其特征在于，所述激光器(1)的输出功率为15mW，输出波长为1550nm。
4.根据权利要求2所述的基于多机制融合放大的超长距离DVS光时域反射计，其特征在于，所述第一光纤耦合器(2)为50:50的1×2耦合器，所述第二光纤耦合器(3)为90:10的1×2耦合器，所述第三光纤耦合器(17)为50:50的2×2耦合器。
5.根据权利要求2所述的基于多机制融合放大的超长距离DVS光时域反射计，其特征在于，所述半导体光放大器(4)的消光比为52dB；所述第一声光调制器(5)的载频为100MHz。
6.根据权利要求2所述的基于多机制融合放大的超长距离DVS光时域反射计，其特征在于，所述第一波分复用器(11)、第二波分复用器(13)的工作波段均为1480nm和1550nm。
7.根据权利要求2所述的基于多机制融合放大的超长距离DVS光时域反射计，其特征在于，所述光电平衡探测器(18)的探测带宽为1GHz；所述电光调制器(21)的载频为100MHz。
8.根据权利要求2所述的基于多机制融合放大的超长距离DVS光时域反射计，其特征在于，所述第一拉曼激光器(9)、所述第二拉曼激光器(10)、所述第三拉曼激光器(14)的输出功率均为15mW；其中第一拉曼激光器(9)、第二拉曼激光器(10)的输出波长为1480nm，第三拉曼激光器(14)的输出波长为1450nm。
9.基于多机制融合放大的超长距离DVS光时域反射计的工作方法，其特征在于，所述工作方法基于所述超长距离DVS光时域反射计实现，所述超长距离DVS光时域反射计包括：激光器(1)、第一光纤耦合器(2)、第二光纤耦合器(3)、半导体光放大器(4)、第一声光调制器(5)、第一掺铒光纤放大器(6)、第一环形器(7)、偏振合束器(8)、第一拉曼激光器(9)、第二拉曼激光器(10)、第一波分复用器(11)、掺铒光纤(12)、第二波分复用器(13)、第三拉曼激光器(14)、第二掺铒光纤放大器(15)、第二环形器(16)、第三光纤耦合器(17)、光电平衡探测器(18)、检波器(19)、数据采集卡(20)、电光调制器(21)、第三环形器(22)、第三掺铒光纤放大器(23)、扰偏器(24)、光衰减器(25)、第四环形器(26)、任意波形发生器(27)、第一光纤布拉格光栅(28)、第二光纤布拉格光栅(29)；
...【技术特征摘要】
1.基于多机制融合放大的超长距离dvs光时域反射计，其特征在于，包括：激光器(1)、第一光纤耦合器(2)、第二光纤耦合器(3)、半导体光放大器(4)、第一声光调制器(5)、第一掺铒光纤放大器(6)、第一环形器(7)、偏振合束器(8)、第一拉曼激光器(9)、第二拉曼激光器(10)、第一波分复用器(11)、掺铒光纤(12)、第二波分复用器(13)、第三拉曼激光器(14)、第二掺铒光纤放大器(15)、第二环形器(16)、第三光纤耦合器(17)、光电平衡探测器(18)、检波器(19)、数据采集卡(20)、电光调制器(21)、第三环形器(22)、第三掺铒光纤放大器(23)、扰偏器(24)、光衰减器(25)、第四环形器(26)、任意波形发生器(27)、第一光纤布拉格光栅(28)、第二光纤布拉格光栅(29)；其中：
2.根据权利要求1所述的基于多机制融合放大的超长距离dvs光时域反射计，其特征在于，待测光纤第一段两端分别连接第一环形器(7)的2端口和第一波分复用器(11)的1端口，第二段两端分别连接第一波分复用器(11)的2端口和偏振合束器(8)的1端口，第三段两端分别连接第一波分复用器(11)的3端口和第二波分复用器(13)的1端口，且第三段待测光纤中包含掺铒光纤(12)。
3.根据权利要求2所述的基于多机制融合放大的超长距离dvs光时域反射计，其特征在于，所述激光器(1)的输出功率为15mw，输出波长为1550nm。
4.根据权利要求2所述的基于多机制融合放大的超长距离dvs光时域反射计，其特征在于，所述第一光纤耦合器(2)为50:50的1×2耦合器，所述第二光纤耦合器(3)为90:10的1×2耦合器，所述第三光纤耦合器(17)为50:50的2×2耦合器。
5.根据权利要求2所述的基于多机制融合放大的超长距离dvs光时域反射计，其特征在于，...
【专利技术属性】
技术研发人员：张洪英，张雨桐，张高宇，王太玉，邢嘉铭，刘伟祺，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：
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