[發明專利]一種波分復用的OTDR光纖振動傳感裝置

在審

• 申請號: 202111280037.0
• 申請日: 2021-11-01
• 公開（公告）號: CN113984181A
• 公開（公告）日: 2022-01-28
• 發明（設計）人: 岳耀笠;唐超;付益;陽華;王俠;歐陽竑
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第三十四研究所
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標事務所有限責任公司 45112
• 代理人: 陸夢云

本發明公開了一種波分復用的OTDR光纖振動傳感裝置，其特征在于，包括依次連接的多波長激光脈沖光源、第一波分復用器、OTDR光學收發裝置、待測傳感光纜，OTDR光學收發裝置的輸出端連接第二波分復用器，第二波分復用器與光電采樣模塊連接。這種裝置采用波分復用、時域等間隔輸出的OTDR收發裝置，能實現基于OTDR的分布式光纖振動傳感器在不降低探測距離的基礎上提高采樣重頻，改善分布式光纖振動傳感器的相位解調工作范圍。

技術領域

本發明涉及光纖傳感技術，具體是一種波分復用的OTDR光纖振動傳感裝置。

背景技術

-OTDR（相位敏感光時域反射儀）、P-OTDR（偏振光時域反射儀）、COTDR（相干光時域反射儀）等分布式光纖振動傳感技術均基于OTDR技術，應用于周界安防領域，可極大降低安全巡查的難度。在提高分布式光纖振動傳感器的模式識別能力上，采用相位解調技術對傳感光纖上的振動信號幅度進行還原，可大幅度提高模式識別效率、降低系統虛警率。相位解調是以OTDR發射激光脈沖的重頻為采樣頻率對振動信號進行采樣，振動信號引起的干涉信號可看做多個不同頻率和振幅的正弦波的疊加，根據采樣定理，采樣頻率必須大于最大頻率的正弦波頻率的2倍，通常采樣頻率是最大頻率的正弦波頻率的3-5倍。而振動信號的特點是機械振動幅度越大，引起光纖內相干信號的頻率越高，較大的振動信號一個機械波周期甚至可產生100個以上的激光相干周期，因此振動信號的相位解調對OTDR脈沖重頻是有要求的，激光重頻越高，能夠識別的振動信號機械頻率越高、或機械振幅越大。比如，1kHz重頻的OTDR系統能夠支持解調的振動信號的正弦波頻率最大不大于500Hz，通常有效振動信號頻率300Hz以內，當機械波振幅為20π時（2π代表機械振動引起的一個后向瑞利散射相位變化周期），則1kHz重頻僅能有效解調30Hz以內的、振幅不大于20π的機械振動信號，同時，由于OTDR的探測距離不得超過 ，其中為OTDR脈沖周期，c為真空光速，n為光纖折射率，OTDR使用高重頻則意味著探測距離的縮短。當OTDR脈沖重頻為10kHz時，其最大測量距離僅為10km。

發明內容

本發明的目的是針對-OTDR、P-OTDR等分布式光纖振動傳感器在相位解調應用中存在的高重頻與長距離探測的矛盾，而提供一種波分復用的OTDR光纖振動傳感裝置。這種裝置能在不降低探測距離的基礎上，通過增加激光波長、等間隔的發射激光脈沖，并在接收端采用解波分復用分別探測各波長的傳感信號，使高重頻的傳感信號在時域上不重疊，改善分布式光纖振動傳感器的相位解調工作范圍。

實現本發明目的的技術方案是：

一種波分復用的OTDR光纖振動傳感裝置，包括依次連接的多波長激光脈沖光源、第一波分復用器、OTDR光學收發裝置、待測傳感光纜、OTDR光學收發裝置的輸出端連接第二波分復用器，第二波分復用器與光電采樣模塊連接，其中，多波長激光脈沖光源設有一組激光器，光電采樣模塊設有一組探測器，多波長激光脈沖光源以等時間間隔的方式依次發射激光脈沖，分別接入第一波分復用器對應的各波分端口，第一波分復用器將多波長激光脈沖合成一束后由公共端口接入OTDR收發裝置輸入端，OTDR收發裝置發射端連接傳感光纜，傳感光纜上的振動信號回傳到OTDR收發裝置發射端并由OTDR收發裝置輸出端輸出M路光信號，M=1、2、4，并接入M個第二波分復用器的公共端，每個第二波分復用器由N路波分端輸出不同波長的振動監測信號，并接入光電采樣模塊，由光電采樣模塊合成輸出采樣頻率為N×f的傳感探測數字信號，其中，f為激光脈沖源的重頻，N為多波長激光脈沖光源的波長數量，N為不小于2的正整數，且波長間隔滿足第一、第二波分復用器的隔離度要求、并且N個激光脈沖光源以等時間間隔的方式依次發射激光脈沖。

所述第一、第二波分復用器的公共端為1個光纖端口、N個波分端分別輸出或輸入1個不同波長的激光脈沖信號。

所述OTDR光學收發裝置設有1個OTDR激光脈沖輸入端口、1個傳感光纜連接端口、M個傳感信號輸出端口，M=1、2、4，M個傳感信號輸出端口分別連接第二波分復用器的公共端、M個第二波分復用器的波分端各自輸出N路不同波長的振動監測信號，并各自接入不同的帶M×N個光電探測器的光電采樣模塊中。