[發明專利]寬域全光纖擾動定位信號時間增益控制裝置

無效

• 申請號: 200810024484.8
• 申請日: 2008-03-21
• 公開（公告）號: CN101246025A
• 公開（公告）日: 2008-08-20
• 發明（設計）人: 趙興群;陳卿;孫小菡;殷強;王曉勇;田豐
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353;G01H9/00;F17D5/02
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司
• 代理人: 葉連生

技術領域

本發明用于各類輸送危險或高價值化工品管道安全監測監控等的管道監控，以及重要倉庫、重要航站庫、機庫、爆炸品庫、國境線、航空、航天基地、導彈基地、銀行、博物館、監獄等的監控；城市自來水、煤氣、天然氣、供熱管道安全監測監控；石油、天然氣長輸管道安全監測監控等周界安全防衛的寬域全光纖擾動傳感與定位系統的擾動定位信號時間增益控制技術，屬于光纖傳感檢測技術領域。

背景技術

光纖傳感技術是20世紀70年代伴隨著光導纖維及光纖通信技術發展而另辟新徑迅速發展起來的一種嶄新的傳感技術。概括地說，光纖傳感器就是利用光纖將待測量對光纖內傳輸的光波參量進行調制，并對被調制過的光波信號進行解調檢測，從而獲得待測量值的一種裝置。

寬域全光纖擾動傳感與定位系統的原理是基于光纖中的后向瑞利散射效應，借助光時域反射技術來實現分布式振動測量的。擾動傳感與定位系統以其可對被測量場的連續空間進行實時測量的特點而成為光纖傳感技術中極其引人注目的一項新技術。擾動傳感與定位系統不僅具有一般光纖傳感器的特點，而且充分利用了光纖空間連續分布的特點，可以在沿光纖分布的路徑上同時得到被測量的時間和空間分布信息，一舉解決了許多重大應用場合下其他類型傳感器難以勝任的測量任務，顯示出十分經濟和現實的應用前景。

對于一些重要設施或區域，如軍事禁區、高危禁區等，傳統的鐵絲電網對周界安全保護、阻止非法侵入的效率非常低。而產用寬域全光纖擾動傳感與定位系統，不僅能極大的提高周界的警報效率，還能對警報地點準確定位，進行監聽。從而實現對整個重要區域的實時安全預警。對重要設施與區域、構筑周界物或埋地管道使用寬域全光纖定位網絡系統是技術發展的必然趨勢，具有廣闊的應用市場。

在國外，寬域全光纖擾動傳感與定位系統已被大量的應用在光纖安全預警定位系統。隨之光纖傳感技術的不斷發展和推廣，各種光纖安全預警定位技術也在不斷發展。目前已有的安全監測主要有兩類。一種是分布式溫度和應力監測技術，主要利用光纖的非線性特性(拉曼效應和布里淵效應)實時采集外界事件對光纖的溫度影響和沖擊應力來確定警報的位置，這種技術受到光纜的結構和光纜與報警地點的距離限制而影響監測效果。另一種就是常用在管道破壞預警方面的聲波檢測技術，該技術是利用聲波沿管道傳輸原理，在每隔一定距離安裝一個有源傳感器，采集管道沿線的聲音信號加以分析，確定事件性質，進而對破壞管道事件提前發現，但每個傳感器件必須配備一套供電裝置和通信裝置，這不僅增加了設備的投資和維護成本，而且這些設施本身也容易遭到破壞，使系統不能正常工作。

發明內容

技術問題：本發明的目的是提供一種寬域全光纖擾動定位信號時間增益控制裝置，以提高微弱后向反射光信號檢測和采集的準確度和穩定性。

技術方案：光脈沖在光纖傳播過程中，由于光纖材料和雜質對光能的吸收而引起的吸收損耗、光纖內部的散射損耗(主要指瑞利散射)，由于交界面隨機的畸變或粗糙所產生的散射損耗以及光纖彎曲產生的輻射損耗等，這些損耗中最重要的是光纖的吸收損耗。在光纖材料中的雜質如氫氧根離子、過渡金屬離子對光的吸收能力極強，它們是產生光信號衰減的重要因數。衰耗系數是光纖最重要的特性參數之一，在很大程度上決定了光纖傳輸的中繼距離。

由于光纖損耗的影響，光纖前后兩端的瑞利散射光信號強弱相差較大。前段信號較強，若放大倍數過大將導致A/D轉換電路飽和，使采集到的信號失真。后段信號較弱，使用較大的放大倍數可增大散射信號的絕對值。為使近距離的反射信號得到較小的放大量，而使遠距離的反射信號得到較大的放大量，這樣就能得到不失真的完整接收信號，這種技術成為深度補償，又稱為時間增益控制(Time?GainControl)，簡稱TGC。

一套完備的具有時間增益控制裝置的寬域全光纖擾動傳感與定位系統如附圖1所示。

●由定位主機109邏輯控制，產生脈沖驅動，再由半導體激光器LD101產生泵浦光脈沖，經光纖放大器(EDFA)102進行功率提升后通過光纖分路器(3dB光藕合器)103藕合進傳感光纖104，在傳感光纖104中將產生后向散射光，回來的后向散射光再經光纖分路器103耦合到光濾波器105進行濾波和分離，從而得到后向瑞利散射光，自此便完成了信號的采集工作。

●從光濾波器105分離出來的后向反瑞利散射光再輸入至光電探測(PD)106進行光電轉換，經前級放大后，從而完成信號的光電探測工作。