[发明专利]基于相干光时域反射的周界防护传感定位系统

说明书

技术领域

本发明属光纤技术领域，涉及一种光纤传感定位系统，特别涉及一种基 于相干光时域反射技术的传感定位方法和结构。

背景技术

基于光纤光缆的分布式光纤传感定位系统，具有同时获取在监测光纤光 缆敷设区域内被测量随时间和空间变化的信息的能力，适用于长距离光纤光 缆系统的分布式侦听检测领域。该传感系统主要用于检测定位应力、应变和 振动，对需要防护重要区域、目标如：军事重地、管制区域、各种重要管线 以及重要国境线进行入侵预警和监视并提供精确定位，是安全防护领域的重 要技术。

现有技术中的基本结构1如图1所示，激光器102发射的连续光信号经 非平衡马赫-泽德干涉仪后由相位调制器调制成调相信号作为载波信号，扰动 信号经反射镜107反射后经非平衡马赫-泽德干涉仪到达接收机101、103，接 收到的信号经频谱分析，根据频谱的极小值点得到扰动位置。

图1中所示现有技术中，传感系统的监控范围和定位精度受扰动频率影 响，当扰动频率较低时，距反射镜几公里甚至十几公里的光纤都不能用作传 感光纤，但离反射镜越远，定位精度却越差。

现有技术中的基本结构2如图2所示，激光器201、电脉冲发射器204和 光调制器203组成光脉冲信号发生器，光脉冲信号经光放大器205放大后由 环行器导入传感光纤，根据光时域反射原理，后向瑞利散射光经环行器由光 接收机接收转换为电信号。当激光器的出射光的相干长度大于传感光纤长度、 并且频率非常稳定时，光接收机输出的电信号具有稳定的相位，当传感光纤 受到扰动时，电信号局部相位发生变化，根据相位发生变化的位置即可定位 扰动位置。

图2中所示现有技术要求激光器输出信号的相干长度很长，即要求激光 器具有非常窄的线宽，为了保证反射信号相位稳定，还要求激光器的输出光 信号频率非常稳定。窄线宽和频率高稳定的激光器难以实现，因此难以商品 化。

发明内容

鉴于现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种基于相干光时域反射 技术的周界防护传感定位系统，包括光脉冲信号发射器、光放大器、非平衡 马赫-泽德干涉仪、光接收机和传感光缆。

所述光脉冲信号发射器、光放大器、光接收机和传感光缆构成普通光时 域反射仪，所述光脉冲信号发射器产生的光脉冲信号具有比较宽的线宽，所 述非平衡马赫-泽德干涉仪两臂差远大于光脉冲信号的相干长度，使得光接收 机接收到的光脉冲信号中只有光程完全相同的光脉冲信号才能发射干涉。

假设非平衡马赫-泽德干涉仪两臂长度为L1、L2，传感光缆的长度为L3， 光脉冲信号传输速度为v。在没有扰动时，接收机接收到的信号为：

P(x)＝Sα_rsP₀T₀v_ge^-2αxf(x)/2                        (1)

式中x、S、α_rs、P₀、T₀、v_g、α和f(x)分别代表位置、光纤散射系数、瑞利散 射损耗系数、入射光功率、光脉冲信号宽度、光脉冲信号在光纤中的传输速 率、光纤损耗系数和阶跃函数。在没有扰动时，接收机接收到的功率随位置 分布稳定，如图3下图中虚线所示。