[发明专利]一种超远程分布式光纤振动传感装置

说明书

技术领域

 本发明涉及光纤传感技术领域，具体地说是一种采用相位敏感载波调制技术和相干监测技术，能够有效提高系统的信噪比，将传感距离大幅度提升，进而实现大于六十公里光缆的沿线振动信号监测和入侵判断的超远程分布式光纤振动传感装置。

背景技术

近几年，周界安防问题已引起全球的关注，分布式光纤传感技术在周界防范系统中的应用产品一出现，就得到国内外广泛而深入的研究，并在十几年的时间里得到飞速的发展。针对分布式光纤振动传感器其实现方法分为两大类，分别为基于OTDR技术的分布式光纤振动传感技术和基于干涉仪的分布式光纤振动传感技术。

基于干涉仪的分布式光纤振动传感技术，其光源为连续光，可实现长达五十公里传感距离的振动信号监测。但对于普通单模光纤因其特性，长距离传输过程时偏振态会发生变化，因其偏振态的退化，影响干涉信号输出的质量，严重时会引起信号无法满足干涉条件，导致分布式光纤振动传感器的定位精度变差和无法监测的问题。解决这种现象可采用保偏光纤，但因为保偏光纤和其配套元器件的价格非常昂贵，无法进行实际应用。目前很多研究机构也针对此类现象进行研究，通过偏振控制器和相关调制技术来提升系统的抗偏振能力，系统指标有了一定的提高，同样系统成本也有成倍的增加。且与基于OTDR技术的分布式光纤振动传感技术相比，其定位精度仍较低，且存在误报率较高的问题。

现有的基于OTDR技术的分布式光纤振动传感器因检测为后向散射信号，信号强度弱，检测的传感距离短的问题，仅可实现十几公里光缆的沿线监测。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的缺点和不足，提出一种采用相位敏感载波调制技术和相干监测技术，有效提高了系统的信噪比，将传感距离大幅度提升，可实现大于六十公里的沿线振动信号监测和入侵判断的超远程分布式光纤振动传感装置。

本发明可以通过以下措施达到：

一种超远程分布式光纤振动传感装置，其特征包括光源、声光调制器AOM、1个1*2分光器、掺铒光纤放大器（EDFA）、4个1*2耦合器、2个环形器、2个波分复用器（WDM）、2个光电探测器、信号处理器、数据采集卡、2条传感光纤和工控机，其中光源的输出端与1*2分光器连接，分光器的一路输出与第一1*2耦合器连接，第一1*2耦合器的2路输出分别与第二1*2耦合器、第三1*2耦合器的一路输出端连接；分光器的另一路输出与声光调制器AOM的光纤输入端连接，声光调制器AOM的信号端与数据采集卡的同步脉冲输出通道相连，声光调制器AOM的光纤输出端与掺饵光纤放大器EDFA相连，掺饵光纤放大器EDFA的输出与第四1*2耦合器相连并分为两路输出，第四1*2耦合器的一路输出与第一环形器连接，第一环形器的输出与第一波分复用器的透射端相连，第一波分复用器的公共端与第一传感光纤相连，第四1*2耦合器的另一路输出与第二环形器连接，第二环形器的输出端与第二波分复用器的透射端相连，第二波分复用器的公共端与第二传感光纤相连，第一环形器和第二环形器的返回端分别与第二1*2耦合器和第三1*2耦合器的另一路输出端连接；第二1*2耦合器和第三1*2耦合器的输入端分别与2个光电探测器对应连接，2个光电探测器的输出端分别与信号处理器的两路信号输入端相连，信号处理器的输出端分别与数据采集卡的2个采集通道相连，数据采集卡输出与工控机连接。

本发明中所述光源为超窄线宽光源，线宽小于10kHz，功率为10mW~30mW，可采用DFB激光管和超窄线宽光纤激光器来实现。

本发明中所述声光调制器AOM是用来实现将光源的连续光变为脉冲光并针对光信号进行载波调制，输出载频脉冲光的载波频率为MHz级别，脉冲重频为kHz级别。

本发明中所述掺铒光纤放大器EDFA是用于将调制后输出的脉冲信号进行放大。

本发明中所述1*2分光器分光比为10:90，来提供探测光和参考光信号。

本发明中所述1*2耦合器为3dB耦合器；

本发明中所述环形器为3路，分别为a口进b口出，b口进c口出，其他口之间隔离度大于40dB。

本发明中所述光电探测器是用于将光信号转化为电信号，实现对光信号的探测，根据波长选择InGaAs探测器；

本发明中所述信号处理器是用于实现信号的放大和载波的滤除，还原出有用信号；

本发明中所述数据采集卡是用将输出的模拟信号转化为数字信号，其采样率为100MSPS，模拟输入通道数为2通道，ADC精度为12bits；