[發明專利]基于多脈沖多波長的分布式光纖傳感系統及方法

有效

• 申請號: 201811405196.7
• 申請日: 2018-11-23
• 公開（公告）號: CN109282839B
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: 徐少崢
• 申請（專利權）人: 徐少崢
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353;G01D5/34
• 代理公司: 天津市鼎和專利商標代理有限公司 12101
• 代理人: 蒙建軍

1.一種基于多脈沖多波長的分布式光纖傳感系統，其特征在于：至少包括：

光源模塊，包括中心波長互不相同的n個窄線寬激光光源；n為大于1的自然數；

調制模塊，包括n個光纖光調制器和一脈沖信號發生器，每個光纖光調制器的輸入端與一個窄線寬激光光源的光源輸出端子相耦合，上述脈沖信號發生器的信號輸出端子與n個光纖光調制器的調制端子電連接；上述光纖光調制器將窄線寬激光光源輸出的光源調制為脈沖光；

延遲模塊，包括n-1根光纖延遲線；每根光纖延遲線的延遲時間互不相同，且每根光纖延遲線的延遲時間為m為從0到n-1的整數；f為脈沖信號發生器的脈沖重復頻率；

耦合模塊，包括一n×1光纖耦合器，上述n個光纖光調制器的一個輸出端通過光纖與n×1光纖耦合器的一個輸入端相耦合，上述n個光纖光調制器的其他n-1個輸出端分別通過1根光纖延遲線與n×1光纖耦合器的一個輸入端相耦合；

脈沖放大模塊，包括一脈沖光放大器，該脈沖光放大器的信號輸入端子與n×1光纖耦合器的信號輸出端子通過光纖連接；

前置放大模塊，包括一前置放大器，上述脈沖光放大器的信號輸出端子依次通過起偏器、環形器A后分別與傳感光纖、前置放大器的信號輸入端子連接；

分光系統，包括n組分光模塊，每組分光模塊包括一個環形器B和一個光纖光柵，每組分光模塊的環形器B和光纖光柵通過光纖連接，n組分光模塊通過光纖依次串接，n個光纖光柵反射的中心波長分別等于n個窄線寬激光光源的中心波長；前置放大器的信號輸出端子通過光纖與第一分光模塊的環形器B的信號輸入端子連接；

干涉模塊，包括與n個環形器B一一對應的n個光纖干涉組件，每組光纖干涉組件由一個2×2光纖耦合器、一個3×3光纖耦合器和兩個法拉旋轉鏡構成邁克爾遜干涉儀；

信號檢測模塊，包括n個光電探測器，每個光電探測器對應一個光纖干涉組件；

數據處理終端，用于接收信號檢測模塊的輸出信號，并對信號進行分析處理。

2.根據權利要求1所述基于多脈沖多波長的分布式光纖傳感系統，其特征在于：上述窄線寬激光光源的帶寬小于1KHZ。

3.根據權利要求1所述基于多脈沖多波長的分布式光纖傳感系統，其特征在于：針對于每個光纖干涉儀組件：上述2×2光纖耦合器包括輸入端子A(20)、輸入端子B(27)、輸出端子A(25)和對接端子A；上述3×3光纖耦合器包括兩個輸入端子C、輸入端子D(28)、輸出端子C(24)、輸出端子D(26)、對接端子B；上述對接端子A和對接端子B通過光纖連接，上述輸入端子B(27)、輸入端子D(28)通過連接損耗器件空置；上述兩個輸入端子C分別連接一個法拉第旋轉鏡(23)。

4.根據權利要求1所述基于多脈沖多波長的分布式光纖傳感系統，其特征在于：上述脈沖頻率f的范圍是1μHz至10Mhz，脈沖持續時間小于

5.根據權利要求1所述基于多脈沖多波長的分布式光纖傳感系統，其特征在于，上述數據處理終端包括模數轉換模塊和解調分析機。

6.一種基于多脈沖多波長的分布式光纖傳感系統的方法，其特征在于，至少包括如下步驟：

步驟一：n個窄線寬激光光源發出n個中心波長依次為λ₁,λ₂…λ_n的激光，每個光源連接一個光纖光調制器，n個光纖光調制器連接同一個脈沖信號發生器，脈沖信號發生器和光纖光調制器將連續光調制為脈沖光；

步驟二：在延遲模塊的作用下，將除λ₁外的其他n-1個脈沖光經過不同的光纖延遲線產生不同的時間延遲，λ₁,λ₂…λ_n分別延遲

步驟三：n個脈沖光經過延遲后經過n×1耦合器后進入脈沖放大器，進行脈沖功率放大；

步驟四：放大后的n個脈沖光經過起偏器后變成線偏振光，隨后經過環形器A注入傳感光纖；

步驟五：從環形器A第三端口返回的后向瑞利散射光進入前置放大器，前置放大器對后向瑞利散射光進行放大處理；

步驟六：放大后的后向瑞利散射光進入分光系統，分光系統中的每個分光模塊反射一個特定中心波長的光波，透射其他光波，進而將不同中心波長的光分開；

步驟七：分開后的各個中心波長的向瑞利散射光進入光纖干涉組件，每個光纖干涉組件輸出120°相位差的三路干涉信號；

步驟八：信號檢測模塊將每個光纖干涉組件的三路干涉信號形成的干涉波紋信號轉換為電信號；

步驟九、數據處理終端對接收信號進行數模轉換、同時進行實時或離線解調，得到n個不同波長的φ-OTDR解調結果，將這些結果進行數據交織。