[发明专利]一种高性能的分布式光纤传感系统及方法

说明书

本发明公开了一种高性能的分布式光纤传感系统及方法，该系统包括：多波长窄线宽光源、调制单元、分路器、波分复用器、解波分复用器、环形器、传感光纤、解调模块及上位机；本发明利用扫频滤波器或多路信号发生器对多波长窄线宽激光器发出的连续光进行调制，通过控制扫频滤波器的扫频速率或多路信号发生器并行时延触发调制器实现各波长间异步调制、且脉冲间隔、脉冲宽度、脉冲重复频率的灵活可调。利用分路器和波分复用器实现多路同步传感，提高测量效率。利用多个波长的脉冲光作为探测光进入传感光纤并分别解调出每个波长下瑞利散射信号所携带的信息，并对这些信号进行综合处理。本发明降低系统复杂度，同时提高系统性能。

技术领域

本发明涉及分布式光纤传感系统技术领域，具体涉及一种高性能的分布式光纤传感系统及方法。

背景技术

光纤传感技术经过数十年的蓬勃发展已成功应用于多个领域，如结构健康监测、油气勘探等领域。在分布式光纤传感系统中，光纤不仅可以作为光纤的传输介质，而且当光在光纤中传播时，表征光波的特征参量(振幅、相位、偏振态、波长等)因外界因素(如温度、压力、磁场、电场、位移等)的作用而间接或直接地发生变化，解调模块解调出外界作用。

按照测量方式的不同，光纤传感系统可分为分布式和点式。分布式光纤传感系统具有无缝式测量的能力，能够弥补点式传感器的不足，解决工程领域的众多难题。如分布式光纤声波传感器在油气勘探领域可实现单次全井段地震信号采集，降低采集成本。

经过多年研究，大量学者针对各种应用环境提出多种光纤传感系统，如DTS、DVS、DAS等，每个系统都有着自身的特色。如基于多脉冲多波长的分布式光纤传感系统及方法(CN109282839B)利用了多个中心波长互不相同的脉冲激光器和光纤延迟线实现了多脉冲多波长的光纤传感，在一定程度上提高传感系统的性能，但是该方案需要多个不同波长的激光器，成本较高，同时使用光纤延迟线也有着较大缺点，其一是利用不同长度的光纤进行脉冲延迟，需要精准控制光纤长度，难以保证脉冲延迟间隔准确，其二是使用光纤延迟光脉冲在硬件上限制了脉冲延迟时间，降低了系统的灵活性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有的分布式光纤传感系统需要多个不同波长的激光器，成本较高，而性能不高，同时使用光纤延迟线也有着较大缺点，其一是利用不同长度的光纤进行脉冲延迟，需要精准控制光纤长度，难以保证脉冲延迟间隔准确，其二是使用光纤延迟光脉冲在硬件上限制了脉冲延迟时间，降低了系统的灵活性。本发明目的在于提供一种高性能的分布式光纤传感系统及方法，针对以上问题，本发明提出一种多波长异步调制且脉冲间隔、脉冲宽度、脉冲重复频率灵活可调的高性能、低成本实时光纤传感系统。

本发明通过下述技术方案实现：

第一方面，本发明提供了一种高性能的分布式光纤传感系统，包括：多波长窄线宽光源、调制单元、分路器、波分复用器、解波分复用器、环形器、传感光纤、解调模块及上位机；

所述多波长窄线宽光源发出包含n个波长的连续光(多波长窄线宽光源同时发出波长为λ₁、λ₂、……、λ_n的连续光)，经第一分路器分为两路，一路作为参考光，一路作为信号光通过所述调制单元进行各波长异步调制为探测光；

所述调制单元的输入端连接输入所述多波长窄线宽光源，所述调制单元的输出端连接第二分路器；所述第二分路器对应连接m路环形器的第一端口，m路环形器的第二端口连接对应的m路传感光纤，m路环形器的第二端口连接对应的解波分复用器；每个解波分复用器对应连接n个解调模块，所述解调模块连接上位机；