[發(fā)明專利]一種基于異纖遙泵放大的光纖振動(dòng)檢測(cè)方法及系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410440880.4
• 申請(qǐng)日: 2014-09-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104236696A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-12-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫巍;周琰;田孝忠;譚東杰;馬云賓;王海明;劉路;蔡永軍;邱紅輝;郭鳳林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)石油天然氣股份有限公司
• 主分類號(hào): G01H9/00
• 分類號(hào): G01H9/00
• 代理公司: 北京華沛德權(quán)律師事務(wù)所 11302
• 代理人: 劉杰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及振動(dòng)信號(hào)檢測(cè)領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于異纖遙泵放大的光纖振動(dòng)檢測(cè)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

大型工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)、輸油管線維護(hù)、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防等都需要采集振動(dòng)信號(hào)，分布式光纖振動(dòng)傳感器由于具有傳統(tǒng)傳感器不可比擬的優(yōu)勢(shì)而成為了研究的熱點(diǎn)。與傳統(tǒng)的分布式光纖振動(dòng)傳感器相比，基于相干瑞利散射技術(shù)的分布式光纖振動(dòng)檢測(cè)技術(shù)具有定位精度高、靈敏度高等優(yōu)勢(shì)而獲得迅猛發(fā)展。相干瑞利散射技術(shù)又稱為相位敏感光時(shí)域反射技術(shù)(Φ-OTDR)，利用傳感光纖中的后向瑞利散射光干涉信號(hào)檢測(cè)光纖周圍振動(dòng)信號(hào)。

目前該技術(shù)主要應(yīng)用于圍欄入侵檢測(cè)、長(zhǎng)輸油氣管道檢測(cè)、邊界安防等領(lǐng)域，而且取得了不錯(cuò)的應(yīng)用效果。但是隨著檢測(cè)距離的延長(zhǎng)，光信號(hào)變得很弱，尤其是后向瑞利散射光信號(hào)變得極為微弱，這為信號(hào)的檢測(cè)帶來(lái)很大的困難。為了解決這一問(wèn)題，最為方便也是目前多數(shù)采用的方式就是單一的提高入纖光功率和前置放大器的增益系數(shù)。提高入纖光功率將會(huì)導(dǎo)致脈沖能量過(guò)高，當(dāng)脈沖光信號(hào)超過(guò)布里淵效應(yīng)閾值時(shí)會(huì)激起布里淵效應(yīng)，導(dǎo)致光功率在光纖前端急劇下降，反而降低了傳感距離。提高前置放大器的增益系數(shù)可以提高干涉信號(hào)強(qiáng)度，但是由于濾波器帶寬有限，在提高干涉信號(hào)的強(qiáng)度同時(shí)也會(huì)將ASE噪聲信號(hào)變強(qiáng)，這樣使得探測(cè)器探測(cè)到的信號(hào)直流量較大，為后續(xù)的數(shù)據(jù)處理帶來(lái)困難。

為了解決這一問(wèn)題，現(xiàn)有的技術(shù)將一階雙向拉曼放大技術(shù)應(yīng)用于入Φ-OTDR傳感系統(tǒng)中(Long-distance?fiber-opticΦ-OTDR?intrusion?sensing?system)，這種方式可以將單套的Φ-OTDR傳感系統(tǒng)延長(zhǎng)至50km，但是拉曼增益系數(shù)并不是均勻的，導(dǎo)致信號(hào)功率波動(dòng)明顯。為了克服這一難題，又采用混合拉曼放大技術(shù)對(duì)上述技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)。但是上述方法都需要拉曼泵浦光源，而且系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，提高了系統(tǒng)的成本。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種基于異纖遙泵放大的光纖振動(dòng)檢測(cè)方法及系統(tǒng)，來(lái)解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的在進(jìn)行振動(dòng)檢測(cè)時(shí)，由于檢測(cè)距離的延長(zhǎng)，導(dǎo)致用于檢測(cè)的光信號(hào)微弱，進(jìn)而使檢測(cè)效果不好的技術(shù)問(wèn)題。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于異纖遙泵放大的光纖振動(dòng)檢測(cè)方法，所述方法應(yīng)用在基于異纖遙泵放大的光纖振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)中，所述系統(tǒng)包括基于相干瑞利散射技術(shù)的光纖振動(dòng)傳感器和N個(gè)遙泵放大器，所述傳感器包括三端口的環(huán)形器；所述N個(gè)遙泵放大器通過(guò)遙泵光纖和所述傳感器連接；所述N個(gè)遙泵放大器通過(guò)傳感光纖一一串聯(lián)，所述N個(gè)遙泵放大器的第一個(gè)遙泵放大器通過(guò)所述傳感光纖和所述環(huán)形器連接；所述方法包括：N個(gè)遙泵放大器通過(guò)所述遙泵光纖從所述傳感器處獲得泵浦光源；所述N個(gè)遙泵放大器中的第一個(gè)遙泵放大器通過(guò)所述傳感光纖從所述環(huán)形器處獲得脈沖光源，然后依次傳送給串聯(lián)的遙泵放大器；所述N個(gè)遙泵放大器中每一個(gè)遙泵放大器對(duì)各自接收到的脈沖光源進(jìn)行放大，以獲得放大的光信號(hào)進(jìn)行振動(dòng)檢測(cè)，其中N為大于1的正整數(shù)。

優(yōu)選的，所述N個(gè)遙泵放大器體通過(guò)N個(gè)遙泵光纖和所述傳感器連接，其中，每個(gè)遙泵放大器通過(guò)各自的遙泵光纖和所述傳感器連接；所述N個(gè)遙泵放大器通過(guò)所述遙泵光纖從所述傳感器處獲得泵浦光源，具體為：所述N個(gè)遙泵放大器中的每個(gè)遙泵放大器分別通過(guò)各自的遙泵光纖接收所述泵浦光源。

優(yōu)選的，所述系統(tǒng)還包括：N個(gè)耦合器，連接在所述N個(gè)遙泵放大器和所述傳感器之間，所述N個(gè)耦合器通過(guò)所述遙泵光纖一一串聯(lián)，并且每個(gè)耦合器對(duì)應(yīng)連接一個(gè)遙泵放大器；所述N個(gè)遙泵放大器通過(guò)所述遙泵光纖從所述傳感器處獲得泵浦光源，具體為：所述N個(gè)遙泵放大器中的每個(gè)遙泵放大器從各自的耦合器處接收所述泵浦光源，其中，所述泵浦光源是由所述N個(gè)耦合器中的第一個(gè)耦合器通過(guò)所述遙泵光纖從所述傳感器處接收并依次傳送給串聯(lián)的耦合器；然后由所述N個(gè)耦合器中的每個(gè)耦合器對(duì)各自接收到泵浦光源進(jìn)行分光形成的。

本發(fā)明還提供了一種基于異纖遙泵放大的光纖振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，包括：基于相干瑞利散射技術(shù)的光纖振動(dòng)傳感器，用于提供泵浦光源，其中，所述傳感器包括三端口的環(huán)形器，所述環(huán)形器用于提供脈沖光源；N個(gè)遙泵放大器，所述N個(gè)遙泵放大器通過(guò)傳感光纖一一串聯(lián)；其中，所述N個(gè)遙泵放大器通過(guò)遙泵光纖和所述傳感器連接，用于從所述傳感器處接收所述泵浦光源；其中，所述N個(gè)遙泵放大器的第一個(gè)遙泵放大器通過(guò)所述傳感光纖和所述環(huán)形器連接，用于從所述環(huán)形器處接收所述脈沖光源并依次傳送給串聯(lián)的遙泵放大器；所述N個(gè)遙泵放大器中的每個(gè)遙泵放大器都用于對(duì)各自接收到的脈沖光源進(jìn)行放大，以獲得放大的光信號(hào)進(jìn)行振動(dòng)檢測(cè)。