[發明專利]一種分布式光纖振動監測系統

在審

• 申請號: 202210145339.5
• 申請日: 2022-02-17
• 公開（公告）號: CN114577324A
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發明（設計）人: 涂勤昌;施國鵬;肖強;王澤民
• 申請（專利權）人: 一石數字技術成都有限公司
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 陳法君

本發明公開了一種分布式光纖振動監測系統，所述光纖振動監測系統包括：激光光源、光纖耦合器、開關型半導體光放大器、光纖環形器、平衡探測器、低通濾波器、數據采集處理單元和脈沖驅動器；所述激光光源發出的連續激光，經光纖耦合器分為兩路；其中，一路連續激光作為本振激光進入平衡探測器；另外一路連續激光進入開關型半導體光放大器并在脈沖驅動器驅動下，成為周期性的脈沖激光，經光纖環形器入射到傳感光纖；從傳感光纖返回的背向瑞利散射光，以及本振激光進入平衡探測器，經光電轉換以及濾除共模信號后進入低通濾波器，最終被信號采集處理單元采集分析，實現傳感光纖沿線的振動信號探測。

技術領域

本發明屬于光纖傳感技術領域，尤其涉及一種分布式光纖振動監測系統。

背景技術

分布式光纖振動傳感器，是一種基于相位敏感型光時域反射(φ-OTDR)的新型光纖傳感技術，它直接以一芯單模光纖作為傳感器，傳、感合一，可以實現長距離多點振動監測，并且定位精度可達米級。

由于背向瑞利散射信號比較微弱，其解調方法主要有：

一是直接強度解調方法，采用高靈敏的雪崩光電二極管或者摻鉺光纖放大器+光電二極管作為探測器，直接探測采集到后向瑞利散射光信號，對采樣得到的散射光干涉信號進行相鄰差分來檢測振動信號，該方式只能簡單判定振動點的位置信息，很難收集到振動的相關幅度和頻率信息；

二是相干解調方法，將瑞利散射光信號與本振光信號進行進入平衡探測器，利用本振光放大，采集卡采集到拍頻信號，從拍頻信號中提取幅度、相位信號進行相鄰差分來實現振動信號的判別。相比于直接強度解調方法，相干解調方法技術實現難度較高，但測量靈敏度更高，線性度更高，可以實現更長距離監測。

基于相位敏感光時域反射的分布式光纖振動傳感器需要高相干性的激光脈沖，因此需要采用外調制方式。目前，主要是利用聲光調制器來實現外調制。聲光調制器的技術成熟、消光比高，但是驅動較為復雜，脈沖的上升沿一般在幾十納秒量級，無法實現高空間分辨率，并且激光經過聲光調制器后有出現幾十兆到幾百兆的移頻，此時需要采用外差相干解調方法，信號解調難度大。

發明內容

本發明的目的在于，為克服現有技術缺陷，提供了一種分布式光纖振動監測系統，本發明系統利用開關型半導體光放大器作為外調制器，實現無頻移的脈沖激光，最終實現零差相干檢測。

本發明目的通過下述技術方案來實現：

一種分布式光纖振動監測系統，所述光纖振動監測系統包括：激光光源、光纖耦合器、開關型半導體光放大器、光纖環形器、平衡探測器、低通濾波器、數據采集處理單元和脈沖驅動器；所述激光光源發出的連續激光，經光纖耦合器分為兩路；其中，一路連續激光作為本振激光進入平衡探測器；另外一路連續激光進入開關型半導體光放大器并在脈沖驅動器驅動下，成為周期性的脈沖激光，經光纖環形器入射到傳感光纖；從傳感光纖返回的背向瑞利散射光，以及本振激光進入平衡探測器，經光電轉換以及濾除共模信號后進入低通濾波器，最終被信號采集處理單元采集分析，實現傳感光纖沿線的振動信號探測。

根據一個優選的實施方式，所述光纖振動監測系統還包括第一摻鉺光纖放大器，所述第一摻鉺光纖放大器設置于開關型半導體光放大器與光纖環形器之間，用于實現對周期性的脈沖激光的放大。

根據一個優選的實施方式，所述光纖振動監測系統還包括第二摻鉺光纖放大器，所述第二摻鉺光纖放大器設置于光纖環形器與平衡探測器之間，從傳感光纖返回的背向瑞利散射光經光纖環形器后，被第二摻鉺光纖放大器放大，放大后的背向瑞利散射光輸入至平衡探測器。

根據一個優選的實施方式，所述激光光源為窄線寬半導體激光光源。窄線寬半導體激光光源抗震性更強，具有更寬的工作溫度范圍。

根據一個優選的實施方式，所述光纖耦合器不限于為標準耦合器、直連式耦合器、星狀/樹狀耦合器以及波長多工器。