[发明专利]分布式光纤相位敏感光时域反射计信号均衡装置及方法

说明书

本发明公开了一种分布式光纤相位敏感光时域反射计信号均衡装置，窄带相干光源发出的连续窄带相干光经过高速光开关调制后通过光环形器入射到光纤弱光栅阵列中；光纤弱光栅阵列中的光栅反射率随着距离的增加，增加的反射功率与光纤传输损耗功率和光栅前方光栅阵列的遮挡导致功率损耗之和相抵消；经过光纤弱光栅阵列反射的光返回到光环形器，再经过光纤耦合器分成两路光，其中一路光经过延时后和另一路光发生干涉，干涉光经光电探测器转换成电信号，电信号再经信号采集与控制板卡进行解调。本发明实现了长距离传感阵列上远近不同点的反射信号功率的均衡。

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，具体涉及一种分布式光纤相位敏感光时域反射计信号均衡装置及方法。

背景技术

分布式光纤振动传感技术在重要军事基地安全防范、大型石油和天然气管道监测、远距离国境线入侵监测、智慧高速公路车辆信息监测和电力电缆安全监测等领域得到广泛的应用。分布式光纤振动传感由于具有检测信号灵敏度高，传感距离远，防电磁干扰等优点，相比于传统的电类传感系统具有独特的优势。但是随着传感距离的增加，光纤的瑞利散射和光纤的非线性效应导致信号能量损失增加，降低了系统的信噪比和动态范围。实际工程中急需实现分布式振动传感系统接收信号的均衡，使得探测的远距离信号和近距离信号功率均衡，增大系统的动态范围，提高检测信噪比。

现有提高信噪比方法包括：采用掺铒光纤放大器（EDFA）或者放大光源出光功率，采用拉曼分布式放大系统在传感光缆上对信号进行分布式放大，采用弱光栅阵列增强反射光强度，采用反馈放大控制接收端接收增益，采用时间增益控制。EDFA放大技术受到非线性效应和调制不稳定性的影响，限制了EDFA最大输出功率。另外，采用EDFA放大不能提高远端信号和近端信号的功率差，起不到均衡作用。其次，拉曼分布式放大技术对信号的放大有一定的均衡作用，但是在整个放大区间内增益是不平坦的，而且成本较高。再次，基于传统反射率一致的全同弱光栅阵列的分布式振动监测系统由于前端和后端的光栅反射率是一致的，因此后端光栅反射信号受到前面光栅的遮挡和光纤的自身衰减，比前端信号功率小很多，造成前后端信号的不均衡，造成远端信号的信噪比低，降低了系统的动态范围，限制了传感距离。最后，采用反馈放大技术和时间增益控制，都是通过控制接收端的接收增益来提高远端小信号的放大倍数来均衡信号。因此，对于远端传输过来的光功率没有增大，只是通过电路放大电信号。但是由于光传输速度快，需要复杂的高速控制电路，而且放大器本身放大倍数提高也会提高噪声功率，因此对信噪比提高有限。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有一种分布式光纤相位敏感光时域反射计信号检测系统的信号均衡和系统动态范围小的上述不足，提出了一种分布式光纤相位敏感光时域反射计检测方法，实现在弱光栅阵列振动传感系统不增加额外成本的基础上提高分布式光时域反射计动态范围。

本发明所采用的技术方案是：

提供一种分布式光纤相位敏感光时域反射计信号均衡装置，包括窄带相干光源、高速光开关、光环路器、光纤弱光栅阵列、第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、光电探测器和信号采集与控制板卡；

窄带相干光源发出的连续窄带相干光耦合到高速光开关的输入端口，经过高速光开关调制后的脉冲光通过光环形器入射到光纤弱光栅阵列中；其中光纤弱光栅阵列为渐变反射率的光栅阵列，且各个弱光栅的中心波长相同，光纤弱光栅阵列中的光栅反射率随着距离的增加，增加的反射功率与光纤传输损耗功率和光栅前方光栅阵列的遮挡导致功率损耗之和相抵消；

经过光纤弱光栅阵列反射的光返回到光环形器，再经过第一光纤耦合器分成两路光，其中一路光经过延时后和另一路光在第二光纤耦合器处发生干涉，干涉光经光电探测器转换成电信号，电信号再经信号采集与控制板卡进行解调。

接上述技术方案，光电探测器包括第一光电探测器、第二光电探测器和第三光电探测器，第二光纤耦合器将干涉光分成三路分别输入三个光电探测器进行光电转换。

接上述技术方案，高速光开关为声光调制器、开关型半导体光放大器或者电光调制器。