[發(fā)明專利]一種長距離光纖分布式振動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510626442.1
• 申請(qǐng)日: 2015-09-28
• 公開（公告）號(hào): CN105092018B
• 公開（公告）日: 2018-03-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姜兆公;任尚今
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海瓏登信息科技有限公司
• 主分類號(hào): G01H9/00
• 分類號(hào): G01H9/00
• 代理公司: 上海驍象知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司31315
• 代理人: 趙峰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種檢測技術(shù)，特別涉及一種基于光學(xué)脈沖時(shí)間編碼的長距離光纖分布式振動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法。

背景技術(shù)

光纖分布式振動(dòng)傳感技術(shù)在周界安防、管線監(jiān)護(hù)和光纜海纜等監(jiān)護(hù)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用需求。以往的技術(shù)通常采用雙向馬赫曾德干涉儀或者光時(shí)域反射技術(shù)，檢測距離較短且不能用于光纜中含有單向光放大器的環(huán)境。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是針對(duì)光纖分布式振動(dòng)傳感存在檢測距離有限和抗干擾能力差的問題，提出了一種光纖分布式振動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法，采用光脈沖時(shí)間編碼方法，結(jié)合激光干涉檢測和光纖技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖光纜沿線的外加振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行檢測和定位，不限檢測距離的約束，適應(yīng)各種檢測環(huán)境。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種長距離光纖分布式振動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)，包括脈沖編碼器、相干激光光源、時(shí)間編碼光源、第一光纖耦合器、第二光纖耦合器、第一波分復(fù)用器、第二波分復(fù)用器、干涉探測器、編碼探測器和信號(hào)處理單元，脈沖編碼器對(duì)相干激光光源和時(shí)間編碼光源進(jìn)行按格雷碼的序列編碼，被編碼的相干激光光源輸出光脈沖進(jìn)入到光纖系統(tǒng)，先被第一光纖耦合器分兩路，一路通過光纖傳輸后再經(jīng)過串聯(lián)的第一波分復(fù)用器和第二波分復(fù)用器進(jìn)入到第二光纖耦合器，另一路直接向前傳輸后進(jìn)入第二光纖耦合器，第二光纖耦合器輸出信號(hào)到干涉探測器，得到干涉光信號(hào)，兩個(gè)光纖耦合器之間兩路光纜長度相等；被編碼的時(shí)間編碼光源通過光纖傳輸后經(jīng)過串聯(lián)的波分復(fù)用器進(jìn)入到編碼探測器，干涉探測器和編碼探測器將按得到的光信號(hào)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)進(jìn)入到信號(hào)處理單元，信號(hào)處理單元處理信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)振動(dòng)信號(hào)的定位。

進(jìn)一步的，所述的脈沖編碼器分別與所述的相干激光光源和時(shí)間編碼光源連接，時(shí)間編碼光源與第一波分復(fù)用器連接，相干激光光源與所述的第一光纖耦合器連接，第一光纖耦合器分兩路輸出，其中一路通過光纖與所述的第二光纖耦合器連接，另一路與第一波分復(fù)用器連接，第一波分復(fù)用器與第二波分復(fù)用器通過光纖連接，第二波分復(fù)用器與第二光纖耦合器連接，第二光纖耦合器與所述的干涉探測器連接，干涉探測器與所述的信號(hào)處理單元連接，第二波分復(fù)用器與所述的編碼探測器連接，編碼探測器與信號(hào)處理單元連接。

所述兩個(gè)光纖耦合器之間傳輸光纜的長度L滿足條件以下：T＝Ln_eff/c>M/f，其中n_eff為光纖的有效折射率，c為光在真空中的光速，T為一組格雷碼的周期，M為格雷碼碼位數(shù)，f為AD采樣頻率。

所述兩個(gè)光纖耦合器之間傳輸光纜傳輸距離過長時(shí)，在滿足兩個(gè)光纖耦合器之間傳輸光纜的長度L滿足條件的情況下，在光纖中增加單向傳輸放大模塊。

所述長距離光纖分布式振動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測方法，編碼探測器得到序列脈沖，相鄰兩組編碼脈沖之間的時(shí)間間隔為T，對(duì)于兩個(gè)光纖耦合器之間傳輸光纜傳輸距離，有T＝n_effL/c；

干涉探測器得到干涉脈沖序列S，每個(gè)序列的第一個(gè)脈沖S_N與時(shí)間脈沖N對(duì)應(yīng)，最后一個(gè)脈沖S_N+1與時(shí)間脈沖N+1對(duì)應(yīng)，在N和N+1之間插入M個(gè)格雷碼編碼的脈沖，M由探測定位的精度確定，對(duì)應(yīng)脈沖周期為Λ；

當(dāng)光纜上某一位置x發(fā)生振動(dòng)事件的時(shí)候，通常第N組編碼脈沖已經(jīng)往前傳輸τ時(shí)間，在信號(hào)處理單元中，每探測得到一個(gè)時(shí)間編碼脈沖N，就打開相應(yīng)的高速計(jì)數(shù)器，記錄下時(shí)間τ，并同時(shí)啟動(dòng)對(duì)干涉探測器探測到的信號(hào)的分析，當(dāng)從干涉脈沖序列S中確定有事件發(fā)生是，即停止對(duì)τ的計(jì)時(shí)，利用這個(gè)時(shí)間τ，結(jié)合干涉脈沖的編碼序列號(hào)Mx，就可以得到振動(dòng)發(fā)生的位置為：

X＝(M×Λ-τ)C/n_eff。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明光纖分布式振動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法，適用于含有或不含有光中繼放大器的長距離光纜的外部安全監(jiān)護(hù)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明長距離光纖分布式振動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為通信傳輸光纜中的光放大環(huán)節(jié)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例示意圖；

圖4為本發(fā)明編碼和探測示意圖。

具體實(shí)施方式