[发明专利]一种提高φ-OTDR频率响应的装置及方法

说明书

本发明公开了分布式光纤传感器技术领域的一种提高φ‑OTDR频率响应的装置及方法，激光器连接到分光器(1×2)输入端，分光器输出端Out1依次连接声光调制器(AOM)、掺铒光纤放大器1(EDFA1)、光环形器端口1，光环形器端口2连接到传感光缆纤芯3，光环形器端口3依次连接掺铒光纤放大器2(EDFA2)、光电探测器2、数据采集模块2和处理服务器；报警准确性更高：但外界有振动时，迈克尔逊干涉系统能够探测捕捉到振动事件完整频谱，与入侵事件模板库进行匹配，能够精确识别出振动事件类型，提高报警准确性；同时，φ‑OTDR系统能够快速检测到振动及振源位置，同时保存振动点位部分频谱。

技术领域

本发明涉及分布式光纤传感器技术领域，具体为一种提高φ-OTDR频率响应的装置及方法。

背景技术

分布式光纤传感系统具备小巧、无源、抗电磁干扰、抗腐蚀等一系列优势，基于瑞利散射的相干光时域反射技术(φ-OTDR，定位型振动光纤系统)又有着长距传输、高灵敏度、精确定位的优势，振动光纤，特别是φ-OTDR系统越来越多的被应用在石油、军事和安防等领域。

然而φ-OTDR测量的是脉冲瑞利散射光，相邻脉冲的瑞利散射光之间不能有重叠，这就导致了脉冲扫描频率收到传感光缆长度(L)的限制，其关系为而根据香农采样定理，当系统扫描频率为ScanRatemax 时，系统最大能探测到的信号频率为ScanRatemax/2，这就导致了传统φ-OTDR 系统不能探测到频率大于ScanRatemax/2的信号，对于φ-OTDR典型的50km探测距离来算，扫描频率最大为2kHz，系统最大可探测频率为1KHz，对于1kHz 以上的信号系统就无法准确探测到，这就导致了算法无法准确的对振动信号做精确判断，降低了系统报警准确性。目前还没有很好地处理方式，公开的方法有多波长注入的方式(参见《基于多脉冲多波长的分布式光纤传感系统及方法》，公开号：109282839A)，该方法虽然能提高系统探测带宽，但系统成本显著提高(目前在φ-OTDR系统中，窄线宽激光器、声光调制器、φ-OTDR用光电探测器占到系统总造价的50％以上)，每增加一路光注入就要增加约50％的成本；若共用激光器又会降低系统带载能力，传输距离显著降低；

为此，我们提出一种提高φ-OTDR频率响应的装置及方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高φ-OTDR频率响应的装置及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种提高φ-OTDR频率响应的装置，包括φ-OTDR和迈克尔逊干涉融合系统，所述φ-OTDR系统构成包括：激光器连接到分光器(1×2)输入端，分光器输出端Out1依次连接声光调制器(AOM)、掺铒光纤放大器1(EDFA1)、光环形器端口1，光环形器端口2连接到传感光缆纤芯3，光环形器端口3依次连接掺铒光纤放大器2(EDFA2)、光电探测器2、数据采集模块2和处理服务器；

所述迈克尔逊干涉系统构成包括：激光器连接到分光器(1×2)，分光器输出端Out2连接光耦合器(2×2)输入端In2，光耦合器的输出端Out1、Out2分别连接传感光缆纤芯1和纤芯2，纤芯1、纤芯2尾端分别接法拉第旋镜1、法拉第旋镜2，反射回光经分光器In1端口接到光电探测器1、数据采集模块1和处理服务器。

φ-OTDR系统和迈克尔逊干涉仪两套系统同时工作，φ-OTDR系统用来定位及辅助振动识别，迈克尔逊干涉仪主要用来行为识别。当外界存在振动，迈克尔逊干涉系统探测到振动且与入侵事件模板库匹配上时，从φ-OTDR系统中来得到振源位置信息；当探测到振动没有与入侵事件模板库匹配上时，则不会去考虑φ-OTDR系统计算结果；当φ-OTDR系统探测到多个振源时，则根据每个位置的φ-OTDR部分频谱与迈克尔逊完整频谱做欧氏距离，欧氏距离最短点即为入侵点。

优选的，所述激光器1为窄线宽光纤激光器，工作波长为1550nm，其线宽不大于1KHz。