基于potdr的新型分布式光纖振動傳感系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于POTDR的新型分布式光纖振動傳感系統(tǒng)，包括計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集卡、光探測器、脈沖光源、傳感光纖鏈路和環(huán)形器，脈沖光源的輸出端與環(huán)形器的輸入端相連接，環(huán)形器的反饋端與傳感光纖鏈路相連接，環(huán)形器的輸出端與光探測器的輸入端相連接，光探測器的信號輸出端與數(shù)據(jù)采集卡相連接，數(shù)據(jù)采集卡與計(jì)算機(jī)相連接，傳感光纖鏈路包括若干個(gè)通過光纖連接器依次首尾固定連接的分段光纖，相鄰兩個(gè)分段光纖的端面之間具有空隙，形成菲涅爾反射點(diǎn)。本發(fā)明可有效提高分布式光纖振動傳感系統(tǒng)的信噪比，避免信號光與光源的卷積問題和相干噪聲問題。
【專利說明】基于POTDR的新型分布式光纖振動傳感系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種分布式光纖振動傳感系統(tǒng)，具體是涉及一種基于POTDR的新型分 布式光纖振動傳感系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 光纖振動傳感器一般使用在周界安防領(lǐng)域，典型應(yīng)用場所包括：博物館、體育場 館、國防通訊光纜、通信基站、飛機(jī)場、火車站、鐵路沿線、油氣管道等。經(jīng)過幾十年的發(fā)展， 基于各種技術(shù)所研制的光纖振動傳感產(chǎn)品也是層出不窮，基于POTDR傳感技術(shù)的光纖振動 傳感系統(tǒng)是通過檢測光纖中偏振態(tài)變化來達(dá)到分布式光纖傳感目的的一種新型傳感器，由 于其能夠檢測出微弱的應(yīng)力變化，具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0003] 目前，現(xiàn)有的基于POTDR傳感技術(shù)的光纖振動傳感系統(tǒng)的信號光來自于前向傳播 的脈沖光的后向瑞利散射。這樣的信號光還存在如下幾個(gè)問題：1)由于普通單模光纖的 后向瑞利散射系數(shù)很小，只有約10-7/米，所以產(chǎn)生的信號光很弱，在幾到幾十納瓦的數(shù)量 級。同時(shí)，由于信號光的頻率很高，在幾十到上百兆赫茲，所以光探測器的噪聲等價(jià)功率也 在數(shù)十納瓦。最終導(dǎo)致系統(tǒng)的信噪比很低。2)由于信號光是前向傳輸?shù)拿}沖光與光纖響應(yīng) 函數(shù)的卷積，信號光的偏振態(tài)與光源的相干性密切相關(guān)。當(dāng)采用寬帶光源，即光源的相干長 度非常短時(shí)，卷積遵循光強(qiáng)疊加；帶來的最大問題是偏振度的降低和偏振態(tài)的"平均化"。當(dāng) 采用線寬非常窄的光源時(shí)，卷積遵循電場疊加。這個(gè)過程不會降低偏振度，但是會將偏振問 題和相干問題交織在一起，使得從信號中提取光纖的偏振參數(shù)變得非常困難。3)在已經(jīng)報(bào) 道的基于POTDR傳感技術(shù)的光纖振動傳感系統(tǒng)中，普遍采用線寬在0. 2nm左右的非窄線寬、 非寬帶光源來克服相干引起的噪聲問題，但是仍然無法克服偏振度的下降問題和偏振態(tài)平 均化的問題。4)瑞利散射本身是一個(gè)隨機(jī)過程，存在漲落，由此會引起信號的噪聲。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種基于POTDR的新型分布式光纖振動傳感 系統(tǒng)，可有效提高分布式光纖振動傳感系統(tǒng)的信噪比，避免信號光與光源的卷積問題和相 干噪聲問題。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0006] -種基于POTDR的新型分布式光纖振動傳感系統(tǒng)，包括計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集卡、光探 測器、用以發(fā)出脈沖光的脈沖光源、用以定位入侵事件的傳感光纖鏈路和用以將脈沖光注 入所述傳感光纖鏈路，并接收在所述傳感光纖鏈路內(nèi)反射/散射回來的背向反射/散射光 的環(huán)形器，所述脈沖光源的輸出端與所述環(huán)形器的輸入端相連接，所述環(huán)形器的反饋端與 所述傳感光纖鏈路相連接，所述環(huán)形器的輸出端與所述光探測器的輸入端相連接，所述光 探測器的信號輸出端與所述數(shù)據(jù)采集卡相連接，所述數(shù)據(jù)采集卡與所述計(jì)算機(jī)相連接，所 述傳感光纖鏈路包括若干個(gè)通過光纖連接器依次首尾固定連接的分段光纖，相鄰兩個(gè)分段 光纖的端面之間具有空隙，形成菲涅爾反射點(diǎn)。
[0007] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述傳感光纖鏈路為單模光纖。
[0008] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，相鄰兩個(gè)分段光纖的端面之間的空隙內(nèi)填充有折射率 匹配材料。
[0009] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述光纖連接器為套管插芯結(jié)構(gòu)，包括陶瓷套管和陶 瓷插芯。
[0010] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，設(shè)有在線檢偏器，所述脈沖光源為線偏振光時(shí)，所述在 線檢偏器設(shè)于所述環(huán)形器和所述光探測器之間。
[0011] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述脈沖光源為非線偏振光時(shí)，另設(shè)有在線起偏器，所 述在線起偏器設(shè)于所述脈沖光源和所述環(huán)形器之間。
[0012] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述脈沖光源的輸出端通過光纖跳線與所述環(huán)形器的 輸入端相連接。
[0013] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述環(huán)形器為三端口環(huán)形器。
[0014] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述傳感光纖鏈路鋪設(shè)成直線形、S型和網(wǎng)狀中的一 種。
[0015] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提供一種基于POTDR的新型分布式光纖振動傳感 系統(tǒng)，包括用以將脈沖光注入傳感光纖鏈路，傳感光纖鏈路包括若干個(gè)通過光纖連接器依 次首尾固定連接的分段光纖，相鄰兩個(gè)分段光纖的端面之間具有空隙，形成菲涅爾反射點(diǎn)。 上述結(jié)構(gòu)將傳感光纖鏈路切割成很多段，每相鄰兩段之間使用光纖連接器重新連接起來， 可以形成很多個(gè)菲涅爾反射點(diǎn)，通過形成很多個(gè)菲涅爾反射點(diǎn)，能夠改善基于POTDR的新 型分布式光纖振動傳感系統(tǒng)的信噪比，且完全不存在信號的卷積問題和相干噪聲問題。較 佳的，相鄰兩個(gè)分段光纖的端面之間的空隙內(nèi)填充有折射率匹配材料。折射率匹配就是折 射率可以讓光以完全偏振角入射端面，從而有效減少光的反射損失，通過精確調(diào)整折射率 匹配材料，可以控制每個(gè)菲涅爾反射點(diǎn)的反射率，從而使每個(gè)菲涅爾反射點(diǎn)的損耗控制在 0. IdB以下，比如，如果控制反射率為1(T4,相對于空間分辨率為Im的基于瑞利散射(普通光 纖的背向瑞利散射系數(shù)為1〇_7/米)的基于POTDR的新型分布式光纖振動傳感系統(tǒng)的信噪比 提高了 1000倍，上述結(jié)構(gòu)能夠進(jìn)一步改善基于POTDR的新型分布式光纖振動傳感系統(tǒng)的信 噪比，避免信號光與光源的卷積問題和相干噪聲問題。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 圖1為本發(fā)明原理結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017] 圖2為本發(fā)明中所述傳感光纖鏈路結(jié)構(gòu)不意圖；
[0018] 圖3為本發(fā)明中所述傳感光纖鏈路的各菲涅爾反射點(diǎn)波形圖。
[0019] 結(jié)合附圖，作以下說明：
[0020] 1--脈沖光源 2--環(huán)形器
[0021] 3--傳感光纖鏈路 31--分段光纖
[0022] 32--空隙 33--菲涅爾反射點(diǎn)
[0023] 34--折射率匹配材料 35--光纖連接器
[0024] 4--在線檢偏器 5--光探測器
[0025] 6--數(shù)據(jù)采集卡 7--計(jì)算機(jī)
[0026] 8--在線起偏器

【具體實(shí)施方式】
[0027] 以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明：
[0028] 如圖1所示，一種基于POTDR的新型分布式光纖振動傳感系統(tǒng)，包括計(jì)算機(jī)7、數(shù) 據(jù)采集卡6、光探測器5和用以發(fā)出脈沖光的脈沖光源1、用以定位入侵事件的傳感光纖鏈 路3、用以將脈沖光注入所述傳感光纖鏈路，并接收在所述傳感光纖鏈路內(nèi)散射回來的背向 散射光的環(huán)形器2,所述脈沖光源的輸出端與所述環(huán)形器的輸入端相連接，所述環(huán)形器的反 饋端與所述傳感光纖鏈路相連接，所述環(huán)形器的輸出端與所述光探測器的輸入端相連接， 所述光探測器的信號輸出端與所述數(shù)據(jù)采集卡相連接，所述數(shù)據(jù)采集卡與所述計(jì)算機(jī)相連 接，所述傳感光纖鏈路包括若干個(gè)通過光纖連接器35依次首尾固定連接的分段光纖31，相 鄰兩個(gè)分段光纖的端面之間具有空隙32,形成菲涅爾反射點(diǎn)33。上述結(jié)構(gòu)將傳感光纖鏈路 切割成很多段，每相鄰兩段之間使用光纖連接器重新連接起來，可以形成很多個(gè)菲涅爾反 射點(diǎn)，如圖2所示。
[0029] 反射點(diǎn)的反射率n由公式（1)確定：
[0030]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于POTDR的新型分布式光纖振動傳感系統(tǒng)，其特征在于：包括計(jì)算機(jī)（7)、數(shù) 據(jù)采集卡（6)、光探測器（5)、用W發(fā)出脈沖光的脈沖光源（1)、用W定位入侵事件的傳感光 纖鏈路（3)和用W將脈沖光注入所述傳感光纖鏈路，并接收在所述傳感光纖鏈路內(nèi)反射/ 散射回來的背向反射/散射光的環(huán)形器（2)，所述脈沖光源的輸出端與所述環(huán)形器的輸入 端相連接，所述環(huán)形器的反饋端與所述傳感光纖鏈路相連接，所述環(huán)形器的輸出端與所述 光探測器的輸入端相連接，所述光探測器的信號輸出端與所述數(shù)據(jù)采集卡相連接，所述數(shù) 據(jù)采集卡與所述計(jì)算機(jī)相連接，所述傳感光纖鏈路包括若干個(gè)通過光纖連接器（35 )依次首 尾固定連接的分段光纖（31)，相鄰兩個(gè)分段光纖的端面之間具有空隙（32)，形成菲涅爾反 射點(diǎn)（33)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于P0TDR的新型分布式光纖振動傳感系統(tǒng)，其特征在于： 所述傳感光纖鏈路為單模光纖。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于P0TDR的新型分布式光纖振動傳感系統(tǒng)，其特征在于： 相鄰兩個(gè)分段光纖的端面之間的空隙內(nèi)填充有折射率匹配材料（34 )。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于P0TDR的新型分布式光纖振動傳感系統(tǒng)，其特征在于： 所述光纖連接器為套管插芯結(jié)構(gòu)，包括陶瓷套管和陶瓷插芯。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于P0TDR的新型分布式光纖振動傳感系統(tǒng)，其特征在于： 設(shè)有在線檢偏器（4)，所述脈沖光源為線偏振光時(shí)，所述在線檢偏器設(shè)于所述環(huán)形器和所述 光探測器之間。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于P0TDR的新型分布式光纖振動傳感系統(tǒng)，其特征在于： 所述脈沖光源為非線偏振光時(shí)，另設(shè)有在線起偏器（8)，所述在線起偏器設(shè)于所述脈沖光源 和所述環(huán)形器之間。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于P0TDR的新型分布式光纖振動傳感系統(tǒng)，其特征在于： 所述脈沖光源的輸出端通過光纖跳線與所述環(huán)形器的輸入端相連接。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于P0TDR的新型分布式光纖振動傳感系統(tǒng)，其特征在于： 所述環(huán)形器為H端口環(huán)形器。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1至8任一項(xiàng)所述的基于P0TDR的新型分布式光纖振動傳感系統(tǒng)，其 特征在于；所述傳感光纖鏈路鋪設(shè)成直線形、S型和網(wǎng)狀中的一種。
【文檔編號】G01H9/00GK104344881SQ201310329556
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年7月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月31日
【發(fā)明者】唐明, 董暉, 王超東, 胡阿煥, 溫殿強(qiáng) 申請人:昆山金鳴光電科技有限公司