[發明專利]一種提高長距離布里淵光時域分析系統傳感性能的方法及系統

無效

• 申請號: 201110374295.5
• 申請日: 2011-11-22
• 公開（公告）號: CN102538844A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 饒云江;賈新鴻;張田虎
• 申請（專利權）人: 無錫成電光纖傳感科技有限公司
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353;G01B11/16;G01K11/32
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 宋松

技術領域

本發明涉及光纖技術領域，具體涉及一種基于拉曼混合放大技術提高長距離布里淵光時域分析系統傳感性能的方法及系統。

背景技術

基于布里淵散射的分布式光纖傳感技術在溫度、應變測量上所達到測量精度、測量范圍以及空間分辨率均高于其它傳感技術，因此這種技術在建筑物結構監測、石油管道安全檢測、電力設施健康檢測、火災預警等方面有廣泛的應用前景。按照是否利用了受激布里淵效應，一般分為布里淵光時域反射計及布里淵光時域分析儀兩種，前者是利用自發布里淵散射現象，可進行單端測量，但探測信號較弱，探測距離受限；后者是利用受激布里淵散射現象，探測信號較強，傳感距離較遠。

隨著傳感距離的增加，受光纖損耗及布里淵探測光消耗影響，使得脈沖光能量急劇下降，從而限制整個系統的傳感距離。提高傳感距離最直接的方法是增大探測脈沖光的功率，傳統的布里淵光時域分析系統一般采用集中式放大技術，即布里淵泵浦波進入光纖前應用摻鉺光纖光放大器(EDFA)將脈沖功率放大，由于過高的脈沖能量導致非線性效應的加強，嚴重影響了系統的信噪比，使得脈沖光的功率不可能無限增加，而且泵浦光功率僅在光纖前端較強，而在光纖后端，受光纖損耗及布里淵探測光的消耗，強度急劇下降，制約了光纖后端的測量分辨率。受此影響，基于集總式放大技術的布里淵光時域分析系統傳感距離＜30km。

另一方面，由于系統分辨率與探測脈沖寬度成反比，隨著系統對空間分辨率及測量距離要求的進一步提高，脈沖寬度將會越來越窄，信號的占空比也越來越小，從而導致信噪比的急劇下降。

介于以上因素，一般采用集中式與分布式放大相結合的方式，即在前端先利用EDFA對脈沖信號進行初步放大，再利用分布式拉曼放大技術對脈沖光進行二次放大，2005年Alahbabi?M.N.和他的團隊報道了利用拉曼放大技術的分布式布里淵溫度傳感系統，達到了150km的距離(見Alahbabi?M.N.150-km-range?distributed?temperature?sensor?based?on?coherent?detection?of?spontaneous?Brillouin?backscatter?and?in-line?Raman?amplification[J].J.Opt.Soc.Am.B，2005)，這在一定程度上削弱了信號功率前后端分布不均。但是在長距離(＞50km)布里淵光傳感系統中，由于拉曼泵浦的功率及拉曼增益系數沿光纖呈指數衰減，使得該方法不能徹底消除功率分布不均現象，且傳感距離愈長，波動愈嚴重。其結果是在傳感信號分布上出現了一個大范圍、低信噪比的測量“盲區”。另一方面，一階拉曼泵浦的效率較低，而在長距離傳感系統中，對拉曼泵浦功率的要求很高，從而嚴重提高了系統成本。

2004年，J.D.Ania-Castanon報道了利用光纖布拉格光柵和拉曼混合放大技術實現的超長距離無損傳輸通信系統(見J.D.Ania-Castanon，Quasi-lossless?transmission?using?second-order?Raman?amplification?and?fiber?Bragg?gratings，Opt.Exp.，12)。相比于其他放大技術，拉曼混合放大技術具有較寬的增益譜(可以實現C+L波段的同時放大)、增益譜平坦、低噪聲、高的泵浦利用率和低成本等優點。介于以上優點本專利首次將拉曼混合放大技術應用在現有的布里淵光時域分析系統，在有效延長了傳感距離的同時控制了系統的成本，將在長距離布里淵光時域分析系統中得到極其重要的應用。

發明內容

本發明所要解決的問題是：如何提供一種基于拉曼混合放大的長距離(≥50km)布里淵光時域分析傳感系統，有效提高拉曼泵浦效率；應用于長距離溫度/應變傳感，使傳感信號的分布更加平坦，大幅提高測量的精度及空間分辨率。

本發明所提出的技術問題是這樣解決的：提供一種基于拉曼混合放大技術提高長距離布里淵光時域分析系統傳感性能的方法，該方法包括以下步驟：

A、基于一階雙向拉曼放大的布里淵光時域分析傳感系統，設置一對峰值反射率＞80％，中心波長一致的光纖光柵；

B、將光纖光柵對熔接于傳感光纖兩側，構成一階和二階拉曼混合放大傳感系統，用于同時對信號光進行拉曼混合放大；

C、向傳感光纖注入探測光，對微波發生器進行掃頻，得出功率-布里淵頻移-距離三維圖，經洛倫茲曲線擬合，得出傳感光纖的溫度/應變分布。