[发明专利]一种基于准分布式无源遥泵放大的布里渊光时域分析系统

说明书

本发明公开了一种基于准分布式无源遥泵放大的布里渊光时域分析系统，为准分布式无源遥泵放大结构，采用多个泵增益单元在不同距离处对布里渊探测光和泵浦脉冲进行放大，提高了传感信号强度和测量精确度，同时可以灵活扩展多段传感光纤，增加传感距离。并通过信号处理与管理系统分析各段传感光纤中传感信号的强弱和信噪比，进而实时优化泵浦源前、后向泵浦功率和BOTDA前端模块出射的布里渊探测光和泵浦脉冲功率，使注入各段传感光纤中的传感信号强度尽可能相近。

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，涉及一种基于准分布式无源遥泵放大的布里渊光时域分析系统。

背景技术

分布式光纤传感采用普通单模光纤同时作为传感介质和信号传输介质，可以实现对光纤沿线物理量的实时测量，具有长距离、分布式、抗电磁干扰能力强等优点，已在大型结构如桥梁的应力应变和温度监测、液体或天然气管道渗漏检测、电网系统检测等多个领域有广泛的应用。

目前主要有基于瑞利散射、拉曼散射以及布里渊散射的光纤分布式传感系统，其中布里渊散射的系统具有传感距离长、信噪比高、空间分辨力高、可以同时测量温度和应变等优点，近年来受到研究者的密切关注。基于布里渊散射的分布式系统主要有布里渊光时域反射计(BOTDR)和布里渊光时域分析仪(BOTDA)两类，前者基于自发布里渊散射，而后者基于受激布里渊散射，因此BOTDA在传感距离和测量精度上具有明显的优势。

在传统BOTDA系统中，为实现长距离的传感需要高功率的泵浦脉冲和探测光，借助于成熟的掺铒光纤放大技术可以很容易地实现这一目标。但是过高的入射功率会带来非线性效应以及非局域效应，严重影响光纤远端的传感精度。为克服这个问题，研究者引入分布式拉曼放大技术，包括一阶拉曼放大、高阶拉曼放大以及前后向拉曼放大等，可以沿线放大泵浦光和探测光，在解决非局域效应和增强信号的同时避免了非线性效应等问题。然而，分布式拉曼放大会引入拉曼自发辐射噪声、泵浦-信号串扰、偏振相关增益等，降低了信号的信噪比，进而影响测量精度。此外，即便采用高泵浦功率的高阶拉曼放大，其有效放大距离也是有限的。也有研究者在传感线路中间使用一个或多个在线掺铒光纤放大器(EDFA)以有效增加传感距离，但是远端的EDFA需要外部供电才能工作，在实际的传感系统中难以实现。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术，提出一种基于准分布式无源遥泵放大的布里渊光时域分析系统。

技术方案：一种基于准分布式无源遥泵放大的布里渊光时域分析系统，包括信号处理与管理系统、BOTDA前端模块、泵浦源、N个无源遥泵增益单元、(N+1)段传感光纤、(N+1)段泵浦光纤；其中，传感光纤k和泵浦光纤k长度相同，k＝1,2,…N+1，N≥2；

BOTDA前端模块用于产生布里渊探测光和布里渊泵浦脉冲，并分别注入传感光纤1前端和传感光纤N+1末端，所述布里渊探测光和布里渊泵浦脉冲在传感光纤中发生受激布里渊散射；泵浦源用于产生前向遥泵泵浦光和后向遥泵泵浦光，并分别注入泵浦光纤1和泵浦光纤N+1；所述N个无源遥泵增益单元均作为中间节点，无源遥泵增益单元k连接传感光纤k和传感光纤k+1以及泵浦光纤k和泵浦光纤k+1；

BOTDA前端模块接收携带传感信息的布里渊探测光，转化为电信号后上传给信号处理与管理系统；信号处理与管理系统获取BOTDA前端模块上传的所述电信号，并通过布里渊频移提取算法计算得到光纤各点处的温度或应变信息。

进一步的，所述信号处理与管理系统根据获取的传感信号沿光纤的强度分布情况，控制优化BOTDA前端模块出射的布里渊探测光、泵浦源产生的遥泵泵浦光的强度以及泵浦源的强度。