[发明专利]基于多个EDFA在线放大的长距离BOTDR系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于自发布里渊散射的长距离分布式光纤传感技术。

背景技术

基于布里渊散射的分布式光纤传感技术引起了广泛重视。在管道、铁路、电缆、隧道等领域，需要监测的距离越来越长。但是，在分布式光纤传感中，传感距离受限于泵浦的消耗。随着泵浦的消耗，布里渊效应越来越弱，信号的信噪比也越来越弱。因此，如何提高分布式光纤传感的距离成为该技术领域的一个研究热点。

为了提高布里渊光时域反射计（BOTDR）系统的传感距离，编码技术、系踪平均技术、拉曼放大技术、及外差检测技术等被提出。编码技术、系踪平均技术及拉曼放大技术可以提高BOTDR系统的信噪比，进而提高传感距离；外差检测技术可以提高BOTDR系统的检测灵敏度，从而提高传感距离。但是，编码技术对BOTDR系统信噪比的改善必须在一定的码长范围之内，当码长超过一定长度后，编码不能继续提高系统的信噪比。系踪平均技术则需要大大增大系统的测量时间。目前的拉曼放大技术是分布式放大，需要较大功率的拉曼泵浦光，同时增益也受限于拉曼泵浦光的损耗。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种基于多个EDFA在线放大的长距离BOTDR系统，它具有补偿信号衰减、提高分布式光纤传感的距离的优点。

本发明是这样来实现的，它包括窄线宽激光器、电光调制器、光环形器、传感光纤、EDFA、光滤波器、光电探测器和信号处理电路，其特征在于，窄线宽激光器和光环形器之间连有电光调制器，光电探测器和光环形器之间连有光滤波器，光电探测器还连接信号处理电路，传感光纤的一端连接光环形器，传感光纤等距分割成N段，N为正整数，相邻的两段传感光纤之间连接有一个EDFA；所述每个EDFA的增益系数相同；每个EDFA的增益系数与每段光纤的损耗系数相等；所述EDFA的个数与BOTDR系统的传感距离正相关。本发明通过在传感光纤上增加EDFA，补偿泵浦光和自发布里渊散射光信号的衰减，使每段传感光纤上的布里渊信号分布近似相同，从而大大提高分布式光纤传感的距离；将传感光纤均分为N段，在相邻的两段传感光纤之间放入1个EDFA，以补偿光在每段传感光纤中的来回损耗；

在BOTDR系统中，自发布里渊信号功率可写成：

P_spbs(z)∝P_P(0)exp(-2αz)Δτ_p     （公式1）

在上式中，P_P(0)是入射的泵浦光功率，Δτ_p是光脉冲的宽度，α是光纤的衰减系数，损耗主要是由exp(-2αz)引起的。因此，如图1所示，如果EDFA的增益等于exp(αz₀)，则泵浦光经过EDFA后放大exp(αz₀)，自发布里渊信号反向经过EDFA后再放大exp(αz₀)，因此，自发布里渊信号将放大exp(2αz₀)倍。所以对于图1所示的系统，自发布里渊信号功率可写成

P_spbs(z)∝P_P(0)exp[-2α(z-iz₀)]Δτ_p     （公式2）

其中[]表示向下取整。所以，只要在第一段光纤中可以实现全程测量，所有光纤便可实现全程测量。

本发明的技术效果是：本发明将传感光纤分成N段；在相邻两段传感光纤之间加入1个EDFA；合理设置EDFA的增益，使其增益正好补偿光在每段光纤中的来回损耗。本发明不仅可以有效补偿信号衰减，提高BODTR系统的传感距离，同时测量也非常方便。

附图说明

图1是本发明结构示意图。

图2为60km情况下，常规BOTDR系统重复测量512次所获得的归一化布里渊信号变化量随传感距离的变化仿真结果图。

图3是60km情况下，采用本发明，前20km采用一个线路EDFA所得到的归一化布里渊信号变化量仿真结果图。

图4是60km情况下，采用本发明，20～40km区间采用一个线路EDFA所得到的归一化布里渊信号变化量仿真结果图。

图5是60km情况下，采用本发明，40～60km区间采用一个线路EDFA所得到的归一化布里渊信号变化量仿真结果图。

在图中，1、窄线宽激光器2、电光调制器3、光环形器4、第1段传感光纤5、第1个EDFA6、第2段传感光纤7、第N-1个EDFA8、第N段传感光纤9、光滤波器10、光电探测器11、信号处理电路。