[发明专利]一种基于布里渊放大的光时域反射计型光纤传感系统

说明书

技术领域

一种基于布里渊放大的光时域反射计型光纤传感系统，用于放大光纤传感系统中信号光强度、延长传感距离、提高灵敏度，涉及光纤技术领域。

背景技术

分布式光纤传感系统类型包括：相位敏感光时域反射仪（φ-OTDR）、偏振敏感光时域反射仪（POTDR）等。

相位敏感光时域反射仪是实时解调出沿光纤链路散射回的瑞利信号电场的振幅和相位，通过分析解调出的振幅和相位,检测位于传感光纤上一点或多点施加扰动时所产生的振动信号的位置、频率和强度，是一种极有价值的分布式光纤传感技术,它能够在长距离范围内对微小振动信号进行分布式、多点、实时检测，因此在周界安防领域具有其他类型的振动传感器所不能比拟的优势。

偏振敏感光时域反射仪是一种利用光脉冲的偏振态随链路的改变而改变的原理而制成的分布式光纤传感器。如果光纤受到外界物理量的调制,那么传输光的偏振态就会随之发生变化,进而影响散射光的偏振态。所以在光纤的入射端对后向瑞利散射光的偏振态和光信号的延迟时间进行检测就可获得外界物理量的分布情况。由于压力、温度、磁场等都能对传输光的偏振态进行调制,因此该技术可测量多种物理量。

分布式光纤传感系统具有抗电磁干扰、灵敏度高、测量距离长等诸多优点，在输油管道、机场、国界等长距离周界防入侵方面具有不可替代的优势。

在实践中，为了延长传感距离、提高灵敏度，常常采用增加拉曼泵浦功率的方式，但在超长距离（>100km）的传感系统中，采用拉曼泵浦功率的方式却存在很多不足：

一、采用拉曼泵浦功率往往需要达到数瓦以上，对泵浦激光器的性能要求较高；

二、采用拉曼泵浦功率达到数瓦以上，很容易损坏系统的光纤连接头，从而使得系统完全失效；

三、大功率拉曼泵浦光长时间注入传感光纤，也容易造成传感光纤的物理性状发生不可逆变化，影响系统性能。

发明内容

本发明针对现有技术的不足之处提供了一种基于布里渊放大的光时域反射计型光纤传感系统，利用受激布里渊放大效应放大光纤传感系统中信号光强度，延长传感距离，提高系统中各个位置信噪比。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是： 

 一种基于布里渊放大的光时域反射计型光纤传感系统，其特征在于：包括第一窄线宽光源、移频器、窄线宽滤波器、扰偏器、长距离传感光纤、环形器、声光调制器、第一光纤耦合器、第二窄线宽光源；第二窄线宽光源产生的连续光经过第一光纤耦合器分为两路，其中一路为信号光，信号光经过声光调制器调制产生高消光比的脉冲信号光，经过环形器接入长距离传感光纤；第一窄线宽光源经过移频器移频,使信号光频率与泵浦光的频率差为传感光纤的布里渊频移值，经过窄线宽滤波器接入扰偏器进行扰偏抑制偏振增益抖动后产生的泵浦光与长距离传感光纤相连接。

作为优选，还包括第二光纤耦合器、光电探测器、电带通滤波器、模数转换器和上位机；第二窄线宽光源产生的连续光经过第一光纤耦合器分得另一路本振光和环形器经过反向布里渊放大的信号光的瑞利散射信号分别接入第二光纤耦合器，第二光纤耦合器接入光电探测器进行拍频，再接入电带通滤波器滤出脉冲信号光的瑞利散射信号和滤除掉泵浦光信号，经过模数转换器，再接入上位机。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

一、光纤中受激布里渊放大的增益系数比受激拉曼散射高三个数量级，使用相对拉曼放大功率小得多的泵浦光，即能够放大长距离光纤传感中端与末端的信号光功率，提升信噪比，实现传感距离的提升和传感效果的优化，还克服了对泵浦激光器的性能要求较高的问题。

二、在接收端可融合外差检测技术或光学窄带滤波技术，将信号光与同源本振光进行拍频，对拍频信号进行探测，既具有提升探测灵敏度的优点，又可以有效滤除掉反向布里渊放大残余泵浦光的影响，有效地提取信号光的瑞利散射成分。

三、泵浦光的输入功率低，能够延长传感光纤的使用寿命。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明在相同信号光功率注入条件下，在125KM传感光纤中使用反向拉曼放大方法与反向布里渊放大方法效果对比图，（a）为反向布里渊放大，布里渊泵浦功率为9.5dBm；（b）为反向拉曼放大，拉曼泵浦功率为26.9dBm；

图3 为本发明使用反向布里渊放大方法探测125KM传感光纤不同位置扰动效果图；