[发明专利]一种长距离光纤分布式振动监测系统及监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种检测技术，特别涉及一种基于光学脉冲时间编码的长距离光纤分布式振动监测系统及监测方法。

背景技术

光纤分布式振动传感技术在周界安防、管线监护和光缆海缆等监护领域有着广泛的应用需求。以往的技术通常采用双向马赫曾德干涉仪或者光时域反射技术，检测距离较短且不能用于光缆中含有单向光放大器的环境。

发明内容

本发明是针对光纤分布式振动传感存在检测距离有限和抗干扰能力差的问题，提出了一种光纤分布式振动监测系统及监测方法，采用光脉冲时间编码方法，结合激光干涉检测和光纤技术，实现对光纤光缆沿线的外加振动信号进行检测和定位，不限检测距离的约束，适应各种检测环境。

本发明的技术方案为：一种长距离光纤分布式振动监测系统，包括脉冲编码器、相干激光光源、时间编码光源、第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、第一波分复用器、第二波分复用器、干涉探测器、编码探测器和信号处理单元，脉冲编码器对相干激光光源和时间编码光源进行按格雷码的序列编码，被编码的相干激光光源输出光脉冲进入到光纤系统，先被第一光纤耦合器分两路，一路通过光纤传输后再经过串联的第一波分复用器和第二波分复用器进入到第二光纤耦合器，另一路直接向前传输后进入第二光纤耦合器，第二光纤耦合器输出信号到干涉探测器，得到干涉光信号，两个光纤耦合器之间两路光缆长度相等；被编码的时间编码光源通过光纤传输后经过串联的波分复用器进入到编码探测器，干涉探测器和编码探测器将按得到的光信号进行光电转换，转换后的电信号进入到信号处理单元，信号处理单元处理信号，实现对振动信号的定位。

进一步的，所述的脉冲编码器分别与所述的相干激光光源和时间编码光源连接，时间编码光源与第一波分复用器连接，相干激光光源与所述的第一光纤耦合器连接，第一光纤耦合器分两路输出，其中一路通过光纤与所述的第二光纤耦合器连接，另一路与第一波分复用器连接，第一波分复用器与第二波分复用器通过光纤连接，第二波分复用器与第二光纤耦合器连接，第二光纤耦合器与所述的干涉探测器连接，干涉探测器与所述的信号处理单元连接，第二波分复用器与所述的编码探测器连接，编码探测器与信号处理单元连接。

所述两个光纤耦合器之间传输光缆的长度L满足条件以下：T＝Ln_eff/c>M/f，其中n_eff为光纤的有效折射率，c为光在真空中的光速，T为一组格雷码的周期，M为格雷码码位数，f为AD采样频率。

所述两个光纤耦合器之间传输光缆传输距离过长时，在满足两个光纤耦合器之间传输光缆的长度L满足条件的情况下，在光纤中增加单向传输放大模块。

所述长距离光纤分布式振动监测系统的监测方法，编码探测器得到序列脉冲，相邻两组编码脉冲之间的时间间隔为T，对于两个光纤耦合器之间传输光缆传输距离，有T＝n_effL/c；

干涉探测器得到干涉脉冲序列S，每个序列的第一个脉冲S_N与时间脉冲N对应，最后一个脉冲S_N+1与时间脉冲N+1对应，在N和N+1之间插入M个格雷码编码的脉冲，M由探测定位的精度确定，对应脉冲周期为Λ；

当光缆上某一位置x发生振动事件的时候，通常第N组编码脉冲已经往前传输τ时间，在信号处理单元中，每探测得到一个时间编码脉冲N，就打开相应的高速计数器，记录下时间τ，并同时启动对干涉探测器探测到的信号的分析，当从干涉脉冲序列S中确定有事件发生是，即停止对τ的计时，利用这个时间τ，结合干涉脉冲的编码序列号Mx，就可以得到振动发生的位置为：

X＝(M×Λ-τ)C/n_eff。

本发明的有益效果在于：本发明光纤分布式振动监测系统及监测方法，适用于含有或不含有光中继放大器的长距离光缆的外部安全监护。

附图说明

图1为本发明长距离光纤分布式振动监测系统结构示意图；

图2为通信传输光缆中的光放大环节示意图；

图3为本发明实施例示意图；

图4为本发明编码和探测示意图。

具体实施方式