基於potdr的新型分布式光纖振動傳感系統的製作方法
2023-10-09 13:40:24
基於potdr的新型分布式光纖振動傳感系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基於POTDR的新型分布式光纖振動傳感系統，包括計算機、數據採集卡、光探測器、脈衝光源、傳感光纖鏈路和環形器，脈衝光源的輸出端與環形器的輸入端相連接，環形器的反饋端與傳感光纖鏈路相連接，環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據採集卡相連接，數據採集卡與計算機相連接，傳感光纖鏈路包括若干個通過光纖連接器依次首尾固定連接的分段光纖，相鄰兩個分段光纖的端面之間具有空隙，形成菲涅爾反射點。本實用新型可有效提高分布式光纖振動傳感系統的信噪比，避免信號光與光源的卷積問題和相干噪聲問題。
【專利說明】基於POTDR的新型分布式光纖振動傳感系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種分布式光纖振動傳感系統，具體是涉及一種基於POTDR的新型分布式光纖振動傳感系統。
【背景技術】
[0002]光纖振動傳感器一般使用在周界安防領域，典型應用場所包括:博物館、體育場館、國防通訊光纜、通信基站、飛機場、火車站、鐵路沿線、油氣管道等。經過幾十年的發展，基於各種技術所研製的光纖振動傳感產品也是層出不窮，基於POTDR傳感技術的光纖振動傳感系統是通過檢測光纖中偏振態變化來達到分布式光纖傳感目的的一種新型傳感器，由於其能夠檢測出微弱的應力變化，具有廣泛的應用前景。
[0003]目前,現有的基於POTDR傳感技術的光纖振動傳感系統的信號光來自於前向傳播的脈衝光的後向瑞利散射。這樣的信號光還存在如下幾個問題:1)由於普通單模光纖的後向瑞利散射係數很小，只有約10-7/米，所以產生的信號光很弱，在幾到幾十納瓦的數量級。同時，由於信號光的頻率很高，在幾十到上百兆赫茲，所以光探測器的噪聲等價功率也在數十納瓦。最終導致系統的信噪比很低。2)由於信號光是前向傳輸的脈衝光與光纖響應函數的卷積，信號光的偏振態與光源的相干性密切相關。當採用寬帶光源，即光源的相干長度非常短時，卷積遵循光強疊加；帶來的最大問題是偏振度的降低和偏振態的「平均化」。當採用線寬非常窄的光源時，卷積遵循電場疊加。這個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變得非常困難。3)在已經報導的基於POTDR傳感技術的光纖振動傳感系統中，普遍採用線寬在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平均化的問題。4)瑞利散射本身是一個隨機過程，存在漲落，由此會引起信號的噪聲。
【發明內容】
[0004]為了解決上述技術問題，本實用新型提出一種基於POTDR的新型分布式光纖振動傳感系統，可有效提高分布式光纖振動傳感系統的信噪比，避免信號光與光源的卷積問題和相干噪聲問題。
[0005]本實用新型的技術方案是這樣實現的:
[0006]一種基於POTDR的新型分布式光纖振動傳感系統，包括計算機、數據採集卡、光探測器、用以發出脈衝光的脈衝光源、用以定位入侵事件的傳感光纖鏈路和用以將脈衝光注入所述傳感光纖鏈路，並接收在所述傳感光纖鏈路內反射/散射回來的背向反射/散射光的環形器，所述脈衝光源的輸出端與所述環形器的輸入端相連接，所述環形器的反饋端與所述傳感光纖鏈路相連接，所述環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據採集卡相連接，所述數據採集卡與所述計算機相連接，所述傳感光纖鏈路包括若干個通過光纖連接器依次首尾固定連接的分段光纖，相鄰兩個分段光纖的端面之間具有空隙，形成菲涅爾反射點。[0007]作為本實用新型的進一步改進，所述傳感光纖鏈路為單模光纖。
[0008]作為本實用新型的進一步改進，相鄰兩個分段光纖的端面之間的空隙內填充有折射率匹配材料。
[0009]作為本實用新型的進一步改進，所述光纖連接器為套管插芯結構，包括陶瓷套管和陶瓷插芯。
[0010]作為本實用新型的進一步改進，設有在線檢偏器，所述脈衝光源為線偏振光時，所述在線檢偏器設於所述環形器和所述光探測器之間。
[0011]作為本實用新型的進一步改進，所述脈衝光源為非線偏振光時，另設有在線起偏器，所述在線起偏器設於所述脈衝光源和所述環形器之間。
[0012]作為本實用新型的進一步改進，所述脈衝光源的輸出端通過光纖跳線與所述環形器的輸入端相連接。
[0013]作為本實用新型的進一步改進，所述環形器為三埠環形器。
[0014]作為本實用新型的進一步改進，所述傳感光纖鏈路鋪設成直線形、S型和網狀中的一種。
[0015]本實用新型的有益效果是:本實用新型提供一種基於POTDR的新型分布式光纖振動傳感系統，包括用以將脈衝光注 入傳感光纖鏈路，傳感光纖鏈路包括若干個通過光纖連接器依次首尾固定連接的分段光纖，相鄰兩個分段光纖的端面之間具有空隙，形成菲涅爾反射點。上述結構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，可以形成很多個菲涅爾反射點，通過形成很多個菲涅爾反射點，能夠改善基於POTDR的新型分布式光纖振動傳感系統的信噪比，且完全不存在信號的卷積問題和相干噪聲問題。較佳的，相鄰兩個分段光纖的端面之間的空隙內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，通過精確調整折射率匹配材料，可以控制每個菲涅爾反射點的反射率，從而使每個菲涅爾反射點的損耗控制在0.1dB以下，比如，如果控制反射率為10_4，相對於空間解析度為Im的基於瑞利散射(普通光纖的背向瑞利散射係數為10_"米)的基於POTDR的新型分布式光纖振動傳感系統的信噪比提高了 1000倍，上述結構能夠進一步改善基於POTDR的新型分布式光纖振動傳感系統的信噪比，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為本實用新型原理結構示意圖；
[0017]圖2為本實用新型中所述傳感光纖鏈路結構不意圖；
[0018]圖3為本實用新型中所述傳感光纖鏈路的各菲涅爾反射點波形圖。
[0019]結合附圖，作以下說明:
[0020]I——脈衝光源2——環形器
[0021]3—傳感光纖鏈路31—分段光纖
[0022]32—空隙33——菲涅爾反射點
[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—數據採集卡7—計算機[0026]8——在線起偏器【具體實施方式】
[0027]以下結合附圖對本實用新型的優選實施例進行詳細說明:
[0028]如圖1所示，一種基於POTDR的新型分布式光纖振動傳感系統，包括計算機7、數據採集卡6、光探測器5和用以發出脈衝光的脈衝光源1、用以定位入侵事件的傳感光纖鏈路3、用以將脈衝光注入所述傳感光纖鏈路，並接收在所述傳感光纖鏈路內散射回來的背向散射光的環形器2，所述脈衝光源的輸出端與所述環形器的輸入端相連接，所述環形器的反饋端與所述傳感光纖鏈路相連接，所述環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據採集卡相連接，所述數據採集卡與所述計算機相連接，所述傳感光纖鏈路包括若干個通過光纖連接器35依次首尾固定連接的分段光纖31，相鄰兩個分段光纖的端面之間具有空隙32，形成菲涅爾反射點33。上述結構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，可以形成很多個菲涅爾反射點，如圖2所示。
[0029]反射點的反射率η由公式(I)確定:
[0030]
【權利要求】
1.一種基於POTDR的新型分布式光纖振動傳感系統，其特徵在於:包括計算機(7)、數據採集卡(6)、光探測器(5)、用以發出脈衝光的脈衝光源(I)、用以定位入侵事件的傳感光纖鏈路(3)和用以將脈衝光注入所述傳感光纖鏈路，並接收在所述傳感光纖鏈路內反射/散射回來的背向反射/散射光的環形器(2)，所述脈衝光源的輸出端與所述環形器的輸入端相連接，所述環形器的反饋端與所述傳感光纖鏈路相連接，所述環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據採集卡相連接，所述數據採集卡與所述計算機相連接，所述傳感光纖鏈路包括若干個通過光纖連接器(35 )依次首尾固定連接的分段光纖(31)，相鄰兩個分段光纖的端面之間具有空隙(32)，形成菲涅爾反射點(33)。
2.根據權利要求1所述的基於POTDR的新型分布式光纖振動傳感系統，其特徵在於:所述傳感光纖鏈路為單模光纖。
3.根據權利要求2所述的基於POTDR的新型分布式光纖振動傳感系統，其特徵在於:相鄰兩個分段光纖的端面之間的空隙內填充有折射率匹配材料(34)。
4.根據權利要求1所述的基於POTDR的新型分布式光纖振動傳感系統，其特徵在於:所述光纖連接器為套管插芯結構，包括陶瓷套管和陶瓷插芯。
5.根據權利要求1所述的基於POTDR的新型分布式光纖振動傳感系統，其特徵在於:設有在線檢偏器(4)，所述脈衝光源為線偏振光時，所述在線檢偏器設於所述環形器和所述光探測器之間。
6.根據權利要求5所述的基於POTDR的新型分布式光纖振動傳感系統,其特徵在於:所述脈衝光源為非線偏振光時，另設有在線起偏器(8)，所述在線起偏器設於所述脈衝光源和所述環形器之間。
7.根據權利要求1所述的基於POTDR的新型分布式光纖振動傳感系統，其特徵在於:所述脈衝光源的輸出端通過光纖跳線與所述環形器的輸入端相連接。
8.根據權利要求1所述的基於POTDR的新型分布式光纖振動傳感系統，其特徵在於:所述環形器為三埠環形器。
9.根據權利要求1至8任一項所述的基於POTDR的新型分布式光纖振動傳感系統，其特徵在於:所述傳感光纖鏈路鋪設成直線形、S型和網狀中的一種。
【文檔編號】G01H9/00GK203376053SQ201320463886
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年7月31日 優先權日:2013年7月31日
【發明者】唐明, 董暉, 王超東, 胡阿煥, 溫殿強 申請人:崑山金鳴光電科技有限公司