[發(fā)明專利]基于POTDR的新型分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310329556.0
• 申請(qǐng)日: 2013-07-31
• 公開（公告）號(hào): CN104344881A
• 公開（公告）日: 2015-02-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 唐明;董暉;王超東;胡阿煥;溫殿強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 昆山金鳴光電科技有限公司
• 主分類號(hào): G01H9/00
• 分類號(hào): G01H9/00
• 代理公司: 昆山四方專利事務(wù)所 32212
• 代理人: 盛建德

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)，具體是涉及一種基于POTDR的新型分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)。

背景技術(shù)

光纖振動(dòng)傳感器一般使用在周界安防領(lǐng)域，典型應(yīng)用場所包括：博物館、體育場館、國防通訊光纜、通信基站、飛機(jī)場、火車站、鐵路沿線、油氣管道等。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，基于各種技術(shù)所研制的光纖振動(dòng)傳感產(chǎn)品也是層出不窮，基于POTDR傳感技術(shù)的光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)是通過檢測光纖中偏振態(tài)變化來達(dá)到分布式光纖傳感目的的一種新型傳感器，由于其能夠檢測出微弱的應(yīng)力變化，具有廣泛的應(yīng)用前景。

目前，現(xiàn)有的基于POTDR傳感技術(shù)的光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)的信號(hào)光來自于前向傳播的脈沖光的后向瑞利散射。這樣的信號(hào)光還存在如下幾個(gè)問題：1）由于普通單模光纖的后向瑞利散射系數(shù)很小，只有約10-7/米，所以產(chǎn)生的信號(hào)光很弱，在幾到幾十納瓦的數(shù)量級(jí)。同時(shí)，由于信號(hào)光的頻率很高，在幾十到上百兆赫茲，所以光探測器的噪聲等價(jià)功率也在數(shù)十納瓦。最終導(dǎo)致系統(tǒng)的信噪比很低。2）由于信號(hào)光是前向傳輸?shù)拿}沖光與光纖響應(yīng)函數(shù)的卷積，信號(hào)光的偏振態(tài)與光源的相干性密切相關(guān)。當(dāng)采用寬帶光源，即光源的相干長度非常短時(shí)，卷積遵循光強(qiáng)疊加；帶來的最大問題是偏振度的降低和偏振態(tài)的“平均化”。當(dāng)采用線寬非常窄的光源時(shí)，卷積遵循電場疊加。這個(gè)過程不會(huì)降低偏振度，但是會(huì)將偏振問題和相干問題交織在一起，使得從信號(hào)中提取光纖的偏振參數(shù)變得非常困難。3）在已經(jīng)報(bào)道的基于POTDR傳感技術(shù)的光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)中，普遍采用線寬在0.2nm左右的非窄線寬、非寬帶光源來克服相干引起的噪聲問題，但是仍然無法克服偏振度的下降問題和偏振態(tài)平均化的問題。4）瑞利散射本身是一個(gè)隨機(jī)過程，存在漲落，由此會(huì)引起信號(hào)的噪聲。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種基于POTDR的新型分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)，可有效提高分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)的信噪比，避免信號(hào)光與光源的卷積問題和相干噪聲問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種基于POTDR的新型分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)，包括計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集卡、光探測器、用以發(fā)出脈沖光的脈沖光源、用以定位入侵事件的傳感光纖鏈路和用以將脈沖光注入所述傳感光纖鏈路，并接收在所述傳感光纖鏈路內(nèi)反射/散射回來的背向反射/散射光的環(huán)形器，所述脈沖光源的輸出端與所述環(huán)形器的輸入端相連接，所述環(huán)形器的反饋端與所述傳感光纖鏈路相連接，所述環(huán)形器的輸出端與所述光探測器的輸入端相連接，所述光探測器的信號(hào)輸出端與所述數(shù)據(jù)采集卡相連接，所述數(shù)據(jù)采集卡與所述計(jì)算機(jī)相連接，所述傳感光纖鏈路包括若干個(gè)通過光纖連接器依次首尾固定連接的分段光纖，相鄰兩個(gè)分段光纖的端面之間具有空隙，形成菲涅爾反射點(diǎn)。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述傳感光纖鏈路為單模光纖。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，相鄰兩個(gè)分段光纖的端面之間的空隙內(nèi)填充有折射率匹配材料。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述光纖連接器為套管插芯結(jié)構(gòu)，包括陶瓷套管和陶瓷插芯。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，設(shè)有在線檢偏器，所述脈沖光源為線偏振光時(shí)，所述在線檢偏器設(shè)于所述環(huán)形器和所述光探測器之間。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述脈沖光源為非線偏振光時(shí)，另設(shè)有在線起偏器，所述在線起偏器設(shè)于所述脈沖光源和所述環(huán)形器之間。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述脈沖光源的輸出端通過光纖跳線與所述環(huán)形器的輸入端相連接。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述環(huán)形器為三端口環(huán)形器。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述傳感光纖鏈路鋪設(shè)成直線形、S型和網(wǎng)狀中的一種。