[發明專利]一種提高光纖振動系統探測距離的方法

在審

• 申請號: 202210084939.5
• 申請日: 2022-01-25
• 公開（公告）號: CN114459593A
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 劉云龍;李康;劉清振;李云;胡海林;余紅榮;俞雋;于連慶;孫瑞強;楊偉輝;王勇
• 申請（專利權）人: 北京信維科技股份有限公司
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00
• 代理公司: 北京巨弘知識產權代理事務所(普通合伙) 11673
• 代理人: 張婧

本發明提供一種提高光纖振動系統探測距離的方法，包括時分脈沖序列信號調制、轉換為時分脈沖干涉信號、轉換為電信號和解析提取振動信息的位置特征、分類特征。本發明將激光源和脈沖信號發生器產生的信號調制成時分脈沖序列信號，并進行濾波和放大后輸出至無源傳感模塊依次轉換為時分脈沖干涉信號和電信號，信號處理裝置將電信號解析還原取出振動信息的位置特征和分類特征，主要利用部分應用場合振動信號的特性，在滿足該類目標客戶的需求前提下，進一步提高探測距離，利用本發明，可以很好的兼顧探測距離和精度兩個指標，在不降低探測精度的前提下，進一步提高探測距離(相比脈沖光而言)，探測距離可以超過160km，分辨率達到+/?50m的水平。

技術領域

本發明涉及通信技術領域，具體涉及一種提高光纖振動系統探測距離的方法。

背景技術

隨著光纖技術的發展，光纖傳感技術廣泛應用于各個領域。其中雙M-Z(Mach-Zehnder，馬赫-曾德爾)干涉儀由于其高靈敏度特性，常用于長距離光纖周界安防，海纜監測等領域。

對于某些應用場合而言，探測距離的長度是最關鍵的技術指標，尤其是不額外增加有源中繼放大器單段M-Z干涉系統能夠實現的探測距離。探測距離長度主要取決于(1)激光源的功率，(2)光纖的損耗以及(3)探測板的靈敏度。光纖越長，光纖損耗會越大；探測板的靈敏度大約在-55dbm水平，想提高很困難。由于受激布里淵散射效應，當光纖長度較長(超過幾十km)時，光源能夠注入的最大功率是有限的，通常最大只有幾毫瓦(例如3dbm)。超過該閾值，注入的激光功率大部分能量會被反射回來。由于上面3個因素的限制，如果激光源為連續發射(即直流光)，雙M-Z干涉系統的最大探測距離只有90km左右。

為此，人們想出了改進方案，激光源發射的光源為脈沖光，如圖1所示，即連續發射等周期的脈沖，例如2MHz周期，占空比為10％-90％不等。這樣平均功率保持不變的前提下，最大發射功率能夠提高7-10dB。對應的探測距離也能提高20-30km。脈沖光方案最大探測距離可以提高到120km左右。

激光源改成連續發射的脈沖光形式后，可以提高光源的最大峰值發射功率。但是這個方案也有不足，為了讓2束光形成干涉，占空比不能無限制減小。光源經過1分2光耦合器分成2束光后，再經過2個傳感臂的傳播，到達后面的1分2耦合器的時候，需要同時到達才能形成干涉。光纜距離越長，這2個傳感臂的長度越不容易嚴格一致，總會有些偏差，也就是傳感臂傳播的2束光光程差有差異。如果脈沖光的有光部分持續時間太短，經過第一個1分2光耦合器的2束光的有光部分很難同時到達后面一個1分2光耦合器，這樣就不能形成干涉。

由于器件的原因，主要是聲光調制器，光的上升和下降時間大約是幾十ns的水準。導致光脈沖的有光部分寬度也不能無限制減小。

由于激光源改成發射連續脈沖光，相當于降低了系統采樣率。探測精度為光速*光纖折射率/系統采樣時鐘，探測系統的探測精度也相應降低。為了保證探測精度，脈沖的周期不能太長。

綜合考慮，這個方案的峰值發射功率有所提高，探測距離變長，但改善也是一定程度的，同時探測精度會降低，即：現有脈沖光方案探測距離在120km左右，探測精度同時有所降低，不能滿足某些工程應用的需要，需要其他的技術手段進一步提高系統的探測距離。

發明內容

本發明是為了解決光纖探測距離和探測精度的問題，提供一種提高光纖振動系統探測距離的方法，將激光源和脈沖信號發生器產生的信號調制成時分脈沖序列信號，并進行濾波和放大后輸出至無源傳感模塊依次轉換為時分脈沖干涉信號和電信號，信號處理裝置將電信號解析還原取出振動信息的位置特征和分類特征，本發明將激光源輸出的信號調制成時分脈沖序列信號后，由于占空比減小，在不提高輸出平均功率的前提下，提高激光源放大后的輸出峰值功率，利用部分應用場合振動信號的特性，在滿足該類目標客戶的需求前提下，進一步提高探測距離，利用本發明，可以很好的兼顧探測距離和精度兩個指標，在不降低探測精度的前提下，進一步提高探測距離(相比脈沖光而言)，探測距離可以超過160km，分辨率達到+/-50m的水平。