[發(fā)明專利]一種超長(zhǎng)距離分布式光纖振動(dòng)傳感檢測(cè)方法和裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210138898.3
• 申請(qǐng)日: 2022-02-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114526809A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-05-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳少義;隋琪;朱坤;李朝暉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南方海洋科學(xué)與工程廣東省實(shí)驗(yàn)室（珠海）;中山大學(xué)
• 主分類號(hào): G01H9/00
• 分類號(hào): G01H9/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 禹小明

本發(fā)明涉及光纖通信技術(shù)領(lǐng)域，提出一種超長(zhǎng)距離分布式光纖振動(dòng)傳感檢測(cè)方法和裝置，其中包括以下步驟：在傳感光纖鏈路中以一定間距設(shè)置有N個(gè)光中繼器，且相鄰設(shè)置的光中繼器的間距以二者之間的傳感光纖鏈路段的衰減系數(shù)及下一級(jí)光中繼器的放大增益系數(shù)確定；向傳感光纖輸入探測(cè)光，探測(cè)光在下行光傳輸鏈路中傳輸；當(dāng)傳感光纖受到振動(dòng)影響時(shí)，因振動(dòng)產(chǎn)生的背向瑞利散射光經(jīng)上行方向背向傳輸，背向瑞利散射光經(jīng)過(guò)與其最鄰近的光中繼器中的環(huán)回鏈路進(jìn)入上行光傳輸鏈路；背向瑞利散射光經(jīng)過(guò)上行光傳輸鏈路中的光中繼器的放大器進(jìn)行光功率放大后返回光纖振動(dòng)傳感檢測(cè)系統(tǒng)中，光纖振動(dòng)傳感檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)背向瑞利散射光進(jìn)行解析得到振動(dòng)位置。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光纖通信技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種超長(zhǎng)距離分布式光纖振動(dòng)傳感檢測(cè)方法和裝置。

背景技術(shù)

分布式光纖振動(dòng)傳感器包括干涉型傳感器和背向散射型傳感器。光纖中瑞利散射的形成主要來(lái)源于光纖制作過(guò)程中由于各種原因形成的材料密度和折射率非均勻性。基于干涉技術(shù)的光纖分布式傳感器主要基于外界擾動(dòng)信號(hào)對(duì)光纖中光波傳輸?shù)南辔徽{(diào)制特性，通過(guò)解調(diào)返回光波信號(hào)的相位信息變化實(shí)現(xiàn)對(duì)外界擾動(dòng)信號(hào)的傳感和檢測(cè)。傳統(tǒng)的光時(shí)域反射計(jì)(Optical Time-Domain Reflectometry,OTDR)即通過(guò)測(cè)量背向瑞利散射信號(hào)得到光纖上散射信號(hào)的強(qiáng)弱分布，從而對(duì)通信系統(tǒng)中光纜異常損耗、彎折、斷裂等故障信息進(jìn)行有效定位測(cè)量。基于相位敏感光時(shí)域反射計(jì)(Phase-sensitive OTDR)的分布式光纖傳感系統(tǒng)，其同時(shí)具有干涉型振動(dòng)傳感器的高靈敏度和OTDR技術(shù)的分布式傳感及組網(wǎng)能力，因此成為目前最適合進(jìn)行動(dòng)態(tài)振動(dòng)測(cè)量的光纖分布式傳感解決方案。

長(zhǎng)距離光通信中，通信光纜通常成對(duì)使用，分為上行鏈路和下行鏈路。然而，在長(zhǎng)距離光通信中，光在光纖中傳輸時(shí)產(chǎn)生的背向瑞利散射信號(hào)強(qiáng)度較弱，故檢測(cè)距離一般低于40km。即使外界對(duì)光纖的擾動(dòng)很強(qiáng)，但是當(dāng)擾動(dòng)源距離分布式傳感系統(tǒng)的長(zhǎng)度超過(guò)40km以上時(shí)，背向瑞利散射信號(hào)在光纖里傳輸時(shí)產(chǎn)生衰減，進(jìn)而導(dǎo)致信號(hào)大大減弱，甚至無(wú)法被傳感系統(tǒng)探測(cè)，因此目前的分布式傳感系統(tǒng)的檢測(cè)距離存在一定的局限性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為克服上述現(xiàn)有技術(shù)中分布式傳感系統(tǒng)的檢測(cè)距離存在一定局限性的缺陷，提供一種超長(zhǎng)距離分布式光纖振動(dòng)傳感檢測(cè)方法，以及一種超長(zhǎng)距離分布式光纖振動(dòng)傳感檢測(cè)裝置。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種超長(zhǎng)距離分布式光纖振動(dòng)傳感檢測(cè)方法，包括以下步驟：在傳感光纖鏈路中以一定間距設(shè)置有N個(gè)光中繼器(Optical Repeater，RPT)，且相鄰設(shè)置的光中繼器的間距以二者之間的傳感光纖鏈路段的衰減系數(shù)及下一級(jí)光中繼器的放大增益系數(shù)確定；

向傳感光纖輸入探測(cè)光Ls，探測(cè)光Ls在下行光傳輸鏈路中傳輸；當(dāng)傳感光纖受到振動(dòng)影響時(shí)，因振動(dòng)產(chǎn)生的背向瑞利散射光Lb經(jīng)上行方向背向傳輸，所述背向瑞利散射光Lb經(jīng)過(guò)與其最鄰近的光中繼器中的環(huán)回鏈路進(jìn)入上行光傳輸鏈路；所述背向瑞利散射光Lb經(jīng)過(guò)上行光傳輸鏈路中的光中繼器的放大器進(jìn)行光功率放大后返回光纖振動(dòng)傳感檢測(cè)系統(tǒng)中，所述光纖振動(dòng)傳感檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)所述背向瑞利散射光Lb進(jìn)行解析得到振動(dòng)位置。

本技術(shù)方案中，使用傳感光纖作為通信光纜，并向傳感光纖輸入探測(cè)光Ls。當(dāng)外界振動(dòng)使得探測(cè)光Ls在傳感光纖下行光鏈路傳輸過(guò)程中產(chǎn)生背向瑞利反射光Lb，背向瑞利反射光Lb通過(guò)光中繼器的回環(huán)光鏈路進(jìn)入上行光鏈路，并經(jīng)由上行各級(jí)的光中繼器的光放大器放大后，進(jìn)入分布式傳感系統(tǒng)中。其中光中繼器的放大器放大了背向瑞利反射光的強(qiáng)度，解決了背向瑞利反射光較弱無(wú)法長(zhǎng)距離傳輸?shù)膯?wèn)題，大大延長(zhǎng)了光纖振動(dòng)傳感檢測(cè)系統(tǒng)的傳感檢測(cè)距離。

作為優(yōu)選方案，所述傳感光纖鏈路中設(shè)置的光中繼器滿足以下條件：相鄰設(shè)置的光中繼器之間的傳感光纖鏈路段的衰減系數(shù)小于下一級(jí)光中繼器的放大增益系數(shù)。

作為優(yōu)選方案，所述傳感光纖鏈路中設(shè)置的N個(gè)光中繼器滿足條件(N-1)×AB；其中，A表示光中繼器的光增益，B表示傳感光纖鏈路的傳感衰減。