[发明专利]一种提高光纤振动系统探测距离的方法

说明书

本发明提供一种提高光纤振动系统探测距离的方法，包括时分脉冲序列信号调制、转换为时分脉冲干涉信号、转换为电信号和解析提取振动信息的位置特征、分类特征。本发明将激光源和脉冲信号发生器产生的信号调制成时分脉冲序列信号，并进行滤波和放大后输出至无源传感模块依次转换为时分脉冲干涉信号和电信号，信号处理装置将电信号解析还原取出振动信息的位置特征和分类特征，主要利用部分应用场合振动信号的特性，在满足该类目标客户的需求前提下，进一步提高探测距离，利用本发明，可以很好的兼顾探测距离和精度两个指标，在不降低探测精度的前提下，进一步提高探测距离(相比脉冲光而言)，探测距离可以超过160km，分辨率达到+/‑50m的水平。

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种提高光纤振动系统探测距离的方法。

背景技术

随着光纤技术的发展，光纤传感技术广泛应用于各个领域。其中双M-Z(Mach-Zehnder，马赫-曾德尔)干涉仪由于其高灵敏度特性，常用于长距离光纤周界安防，海缆监测等领域。

对于某些应用场合而言，探测距离的长度是最关键的技术指标，尤其是不额外增加有源中继放大器单段M-Z干涉系统能够实现的探测距离。探测距离长度主要取决于(1)激光源的功率，(2)光纤的损耗以及(3)探测板的灵敏度。光纤越长，光纤损耗会越大；探测板的灵敏度大约在-55dbm水平，想提高很困难。由于受激布里渊散射效应，当光纤长度较长(超过几十km)时，光源能够注入的最大功率是有限的，通常最大只有几毫瓦(例如3dbm)。超过该阈值，注入的激光功率大部分能量会被反射回来。由于上面3个因素的限制，如果激光源为连续发射(即直流光)，双M-Z干涉系统的最大探测距离只有90km左右。

为此，人们想出了改进方案，激光源发射的光源为脉冲光，如图1所示，即连续发射等周期的脉冲，例如2MHz周期，占空比为10％-90％不等。这样平均功率保持不变的前提下，最大发射功率能够提高7-10dB。对应的探测距离也能提高20-30km。脉冲光方案最大探测距离可以提高到120km左右。

激光源改成连续发射的脉冲光形式后，可以提高光源的最大峰值发射功率。但是这个方案也有不足，为了让2束光形成干涉，占空比不能无限制减小。光源经过1分2光耦合器分成2束光后，再经过2个传感臂的传播，到达后面的1分2耦合器的时候，需要同时到达才能形成干涉。光缆距离越长，这2个传感臂的长度越不容易严格一致，总会有些偏差，也就是传感臂传播的2束光光程差有差异。如果脉冲光的有光部分持续时间太短，经过第一个1分2光耦合器的2束光的有光部分很难同时到达后面一个1分2光耦合器，这样就不能形成干涉。

由于器件的原因，主要是声光调制器，光的上升和下降时间大约是几十ns的水准。导致光脉冲的有光部分宽度也不能无限制减小。

由于激光源改成发射连续脉冲光，相当于降低了系统采样率。探测精度为光速*光纤折射率/系统采样时钟，探测系统的探测精度也相应降低。为了保证探测精度，脉冲的周期不能太长。

综合考虑，这个方案的峰值发射功率有所提高，探测距离变长，但改善也是一定程度的，同时探测精度会降低，即：现有脉冲光方案探测距离在120km左右，探测精度同时有所降低，不能满足某些工程应用的需要，需要其他的技术手段进一步提高系统的探测距离。

发明内容

本发明是为了解决光纤探测距离和探测精度的问题，提供一种提高光纤振动系统探测距离的方法，将激光源和脉冲信号发生器产生的信号调制成时分脉冲序列信号，并进行滤波和放大后输出至无源传感模块依次转换为时分脉冲干涉信号和电信号，信号处理装置将电信号解析还原取出振动信息的位置特征和分类特征，本发明将激光源输出的信号调制成时分脉冲序列信号后，由于占空比减小，在不提高输出平均功率的前提下，提高激光源放大后的输出峰值功率，利用部分应用场合振动信号的特性，在满足该类目标客户的需求前提下，进一步提高探测距离，利用本发明，可以很好的兼顾探测距离和精度两个指标，在不降低探测精度的前提下，进一步提高探测距离(相比脉冲光而言)，探测距离可以超过160km，分辨率达到+/-50m的水平。