[發明專利]一種超長距離分布式光纖傳感模擬測試系統及方法

有效

• 申請號: 201610689371.4
• 申請日: 2016-08-18
• 公開（公告）號: CN106323345B
• 公開（公告）日: 2018-07-06
• 發明（設計）人: 張益昕;孫振鉷;張旭蘋;單媛媛;喬葦巖;牛紀輝
• 申請（專利權）人: 南京發艾博光電科技有限公司
• 主分類號: G01D5/26
• 分類號: G01D5/26;G01D5/38
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 朱楨榮

本發明公開了一種超長距離分布式光纖傳感模擬測試系統，包括光纖傳感系統，還包括可控循環傳感模塊，所述可控循環傳感模塊包括光開關、第一摻鉺光纖放大器、耦合器、環形器、傳感單元、第二摻鉺光纖放大器、光濾波器、延時光纖、光電探測器和示波器。本發明還公開了一種超長距離分布式光纖傳感模擬測試系統的測試方法，本發明是在現有的傳感系統基礎上，通過引入可控循環傳感裝置，通過光纖傳感系統發出的環路電脈沖來控制光開關的通斷，循環探測傳感單元，擴展了最終的探測距離，在實驗室的環境下驗證了傳感系統的長距離測量能力，降低了傳感單元重復組裝的復雜度，節約了實驗成本，加快了儀器性能的驗證。

技術領域

本發明涉及光纖傳感技術領域，特別是一種超長距離分布式光纖傳感模擬測試系統及方法。

背景技術

光纖傳感技術是上個世紀70年代末隨光纖通信技術的發展而興起的,以光波為載體,光纖為媒質,用于感知和傳輸外界被測量信號的新型傳感技術。當光波在光纖中傳播時,由于光纖在外界環境因素(如溫度、應力、電場、磁場、位移等)的影響下,會引起表征光波特征的參量(如強度、波長、相位、偏振態等)的變化,通過測量光波參量的變化,可以獲取光纖外界環境的變化信息,實現光纖傳感。光纖傳感器具有靈敏度高、電絕緣性好、抗電磁干擾性強、易于實現、測量精度高等優點。光纖傳感器的應用領域廣泛,各種光纖傳感器件已進入航空航天、生物醫療、國防軍事、工業、交通運輸等各個領域,尤其適用于惡劣環境,具有廣闊的應用市場。光纖傳感器的測量對象廣泛,可用于測量電壓、電流、溫度、應變、濕度、加速度、位移和磁場強度等眾多參量。

在光纖傳感領域內，常用的有利用光纖內散射光進行傳感的光時域反射儀（OTDR）類的傳感系統和光纖內反射點的反射光進行傳感的光纖布拉格光柵（FBG）類的傳感系統。OTDR類傳感系統包括OTDR、相干光時域反射儀（COTDR）、布里淵光時域反射儀（BOTDR）、相位敏感光時域反射儀（Φ-OTDR）等。FBG類的傳感系統包括利用光纖布拉格光柵和弱反射光纖布拉格光柵（UWFBG）的系統。

最大探測距離是OTDR類傳感系統的一項性能參數，現實中為了驗證OTDR類性能，需要搭建傳感單元，往往傳感單元由大段的光纖構成。普通單模光纖100km的價格接近萬元，特種光纖的價格就會更貴，光纖總長度達到上千上萬公里的價格就十分昂貴，同時光纖長度過長時，光纖的損耗過大導致探測光衰減嚴重，中間就需要一定數量的中繼放大器。為了驗證系統的多點探測能力，需要組裝更多的外界事件產生裝置來模擬事件的產生，比如壓電陶瓷產生應變變化事件，熱水、恒溫箱產生溫度變化事件等，事件產生裝置的組裝就會復雜多變。論文《High Dynamic Range Coherent OTDR for Fault Location in OpticalAmplifier Systems》中就使用了COTDR級聯中繼系統來驗證COTDR的長距離測量能力。

而對于FBG類的光纖傳感，由于大量的FBG組裝，導致光纖內的衰減過大，目前在線燒寫FBG或者UWFBG的技術沒有達到大規模集成應用的程度，所以FBG或者UWFBG的組裝過程中需要手動熔接光纖，過多數量的熔接將會消耗更多的時間和精力，與OTDR類傳感系統一樣，為了驗證系統的多點探測能力，也需要組裝較多的事件產生裝置。這就使得組裝長距離的模擬鏈路成本過高，組裝的過程復雜繁瑣。比如在論文《Improved Φ-OTDR sensingsystem for high-precision dynamic strain measurement based on ultra-weakfiber bragg grating array》中，由于沒有過多的UWFBG，只能使用在傳感單元前面連接一段5km的光纖來驗證系統長距離探測能力。

發明內容