[发明专利]基于POTDR的新型分布式光纤振动传感系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种分布式光纤振动传感系统，具体是涉及一种基于POTDR的新型分布式光纤振动传感系统。

背景技术

光纤振动传感器一般使用在周界安防领域，典型应用场所包括：博物馆、体育场馆、国防通讯光缆、通信基站、飞机场、火车站、铁路沿线、油气管道等。经过几十年的发展，基于各种技术所研制的光纤振动传感产品也是层出不穷，基于POTDR传感技术的光纤振动传感系统是通过检测光纤中偏振态变化来达到分布式光纤传感目的的一种新型传感器，由于其能够检测出微弱的应力变化，具有广泛的应用前景。

目前，现有的基于POTDR传感技术的光纤振动传感系统的信号光来自于前向传播的脉冲光的后向瑞利散射。这样的信号光还存在如下几个问题：1）由于普通单模光纤的后向瑞利散射系数很小，只有约10-7/米，所以产生的信号光很弱，在几到几十纳瓦的数量级。同时，由于信号光的频率很高，在几十到上百兆赫兹，所以光探测器的噪声等价功率也在数十纳瓦。最终导致系统的信噪比很低。2）由于信号光是前向传输的脉冲光与光纤响应函数的卷积，信号光的偏振态与光源的相干性密切相关。当采用宽带光源，即光源的相干长度非常短时，卷积遵循光强叠加；带来的最大问题是偏振度的降低和偏振态的“平均化”。当采用线宽非常窄的光源时，卷积遵循电场叠加。这个过程不会降低偏振度，但是会将偏振问题和相干问题交织在一起，使得从信号中提取光纤的偏振参数变得非常困难。3）在已经报道的基于POTDR传感技术的光纤振动传感系统中，普遍采用线宽在0.2nm左右的非窄线宽、非宽带光源来克服相干引起的噪声问题，但是仍然无法克服偏振度的下降问题和偏振态平均化的问题。4）瑞利散射本身是一个随机过程，存在涨落，由此会引起信号的噪声。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出一种基于POTDR的新型分布式光纤振动传感系统，可有效提高分布式光纤振动传感系统的信噪比，避免信号光与光源的卷积问题和相干噪声问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于POTDR的新型分布式光纤振动传感系统，包括计算机、数据采集卡、光探测器、用以发出脉冲光的脉冲光源、用以定位入侵事件的传感光纤链路和用以将脉冲光注入所述传感光纤链路，并接收在所述传感光纤链路内反射/散射回来的背向反射/散射光的环形器，所述脉冲光源的输出端与所述环形器的输入端相连接，所述环形器的反馈端与所述传感光纤链路相连接，所述环形器的输出端与所述光探测器的输入端相连接，所述光探测器的信号输出端与所述数据采集卡相连接，所述数据采集卡与所述计算机相连接，所述传感光纤链路包括若干个通过光纤连接器依次首尾固定连接的分段光纤，相邻两个分段光纤的端面之间具有空隙，形成菲涅尔反射点。

作为本发明的进一步改进，所述传感光纤链路为单模光纤。

作为本发明的进一步改进，相邻两个分段光纤的端面之间的空隙内填充有折射率匹配材料。

作为本发明的进一步改进，所述光纤连接器为套管插芯结构，包括陶瓷套管和陶瓷插芯。

作为本发明的进一步改进，设有在线检偏器，所述脉冲光源为线偏振光时，所述在线检偏器设于所述环形器和所述光探测器之间。

作为本发明的进一步改进，所述脉冲光源为非线偏振光时，另设有在线起偏器，所述在线起偏器设于所述脉冲光源和所述环形器之间。

作为本发明的进一步改进，所述脉冲光源的输出端通过光纤跳线与所述环形器的输入端相连接。

作为本发明的进一步改进，所述环形器为三端口环形器。

作为本发明的进一步改进，所述传感光纤链路铺设成直线形、S型和网状中的一种。