基于波导时延阵列的分布式光纤传感检测及其解调系统

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基于波导时延阵列的分布式光纤传感检测及其解调系统\n技术领域\n[0001] 本发明涉及基于波导时延阵列的分布式光纤传感检测及其解调系统，属于光纤传感的技术领域。\n背景技术\n[0002] 分布式光纤传感是基于OTDR(Optical Time Domain Reflection)光时域反射技术,根据光源从发出点到检测点的往返时间，定位传感光纤上的待测点位置，再依靠光纤的敏感特性，检测该点环境量的变化，进而实现整条传感光纤上各处环境量的变化，即光纤分布式传感的目的。分布式光纤传感系统中所使用的光纤既是传感器，也是信号传输介质，具有传感与传输一体化的特点，并且具有无物理节点、稳定性好、可靠性高、维护成本低等优点。因此，目前很多研究学者致力于研究分布式光纤传感技术。各种光路设计方案、信号采样方法、信号处理方法不断出现，使分布式光纤传感技术的实用化前景愈来愈广阔。\n[0003] 但是，利用分布式光纤技术在确定待测点位置时，会受到光源脉宽、光脉冲触发频率、光量子寿命、信号采样速度等因素的影响，现有技术所搭建的分布式光纤传感系统，在检测端只有一组光电解调模块，所以每个时间点只能检测分布式传感光纤的一个点的状态，不同检测点间的间距，也就是所谓的空间分辨率，由相邻检测时刻的时间差决定，而最小的时间间隔则受光源的脉冲宽度的限制。如果脉冲宽度太小，必然受光纤中光量子寿命的限制，所以不能无限制地减小光脉冲的宽度来提高分布式光纤的空间分辨率。因此，分布式光纤传感技术本身存在这种物理原理的制约，导致光纤分布式技术所能达到的空间分辨率十分有限。\n发明内容\n[0004] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出了基于波导时延阵列的分布式光纤传感检测系统，在现有的分布式光纤传感检测系统的基上进行了改进，解决了分布式光纤传感技术中受脉冲宽度、光量子寿命等物理原理的制约，而影响其空间分辨率提高的技术问题，本发明还提出了一种基于波导时延阵列的分布式光纤传感解调系统。\n[0005] 本发明是通过如下方案予以实现的：\n[0006] 1.基于波导时延阵列的分布式光纤传感检测系统，该检测系统包括传感光纤、光源、监控中心和解调系统，所述解调系统包括耦合器、数据处理模块、波导时延阵列和不少于一个光电解调模块，所述波导时延阵列的输入端连接耦合器；该波导时延阵列的输出端分别接入各个光电解调模块。\n[0007] 进一步的，该检测系统中还设有时延控制器，该时延控制器的输出用于连接波导时延阵列，时延控制器的输入与监控中心相连。\n[0008] 进一步的，所述的波导时延阵列为固定时延阵列，或者为可调控时延阵列。\n[0009] 进一步的，所述的光电解调模块包括波分复用器、光电转换模块和信号放大器；其中波分复用器的输入端连接至波导时延阵列的输出；波分复用的输出分设有两条支路，各支路依次连接光电转换模块、信号放大器和A/D转换器，A/D转换器的输出用于连接数据处理模块。\n[0010] 2.基于波导时延阵列的分布式光纤传感解调系统，该解调系统包括耦合器、数据处理模块、波导时延阵列和不少于一个光电解调模块，所述波导时延阵列的输入端连接耦合器；该波导时延阵列的输出端分别接入各个光电解调模块。\n[0011] 进一步的，所述的波导时延阵列为固定时延阵列，或者为可调控时延阵列。\n[0012] 进一步的，所述的光电解调模块包括波分复用器、光电转换模块、信号放大器和A/D转换器；其中波分复用器的输入端连接至波导时延阵列的输出；波分复用的输出分设有两条支路，各支路依次连接光电转换模块、信号放大器和A/D转换器，A/D转换器的输出用于连接数据处理模块。\n[0013] 本发明和现有技术相比的有益效果是：\n[0014] 现有的分布式光纤传感技术受到脉冲宽度、光量子寿命等固有物理原理的制约，导致空间分辨率的提升受到限制。本发明提出了基于波导时延阵列的分布式光纤传感检测及其解调系统，在现有分布式光纤温度检测系统做出了改进。通过对原有的分布式光纤传感系统中加入波导延时阵列，实现对检测点的分离检测，使空间分辨率受控于时延阵列的设计与控制，而不受分布式光纤传感中的物理原理的响应机制的制约。通过本发明设计的分布式光纤系统进行检测，只要数据处理适宜，方法合理，即可提高检测的精度和空间分辨率，进而提高了分布式光纤传感系统的总体检测性能指标及检测速度。\n附图说明\n[0015] 图1是现有技术中DTS分布式光纤温度检测系统的原理示意图；\n[0016] 图2是本发明基于波导时延阵列的DTS分布式光纤传感检测及其解调系统的原理示意图。\n具体实施方式\n[0017] 下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细的说明。\n[0018] 本发明提出了一种基于波导时延阵列的分布式光纤传感检测及其解调系统，如图\n2所示，该检测系统中包括传感光纤、光源、监控中心、时延控制器和解调系统，所述解调系统包括耦合器、波导时延阵列、数据处理模块和多个光电解调模块。其中，光源通过耦合器连接到光纤的上，光波导时延阵列的输入端连接耦合器；该波导时延阵列的输出端分别接入各个光电解调模块，\n[0019] 其中，波导时延阵列由若干个波导组成，波导也可以用不同长度的光纤代替。波导的传播参数可以通过控制光电子技术手段改变时延的大小。\n[0020] 光电解调模块包括波分复用器、光电转换模块和信号放大器；其中波分复用器的输入端连接至波导时延阵列的输出；波分复用的输出分设有两条支路，各支路依次连接光电转换模块、信号放大器和A/D转换器，A/D转换器的输出连至数据处理模块中。数据处理模块的输出与监控中心相连，用于传输处理的电信号。时延波导阵列还接有时延控制器。时延控制器、光源以及光电解调模块都和监控中心相连，由监控中心予以控制。\n[0021] 监控中心由中控计算机构成，中控计算机控制光源发出脉冲光。脉冲光经耦合器分光后注入传感光纤，注入脉冲光在传感光纤将发生拉曼散射，并反射回输入端的耦合器。\n经耦合器的反射光再经波导时延阵列的单端子输入进入波导时延阵列，在波导时延阵列中通过耦合进入若干条传播参数不同的波导，反射光经过波导时延阵列后分别传送给各个光电解调模块，反射光在各个光电解调模块中经波分复用器传输出拉曼信号光，并分别传送到两个支路中，其中一个支路传输斯托克斯拉曼信号，另一支路传输反斯托克斯拉曼信号。\n这两路信号光经光电转换模块及信号放大器后，送入数据处理模块，在信号处理模块内实现拉曼光谱的解调与分析，实现分布式光纤传感系统的检测点定位和检测量参数计算，并将检测结果传输给中控计算机。\n[0022] 本发明通过引入一个波导时延阵列，根据光从不同波导输出的光所经历的时间不同，即便是针对同一时间传输到各个波导中的信号，也可以区分各个信号对应传感光纤的位置，因此，可以利用该分布式光电系统检测分布式光纤同一时刻在不同检测点的信息。同样，通过控制采样时序，也可以实现在不同时刻，检测到从各波导输出的光纤上同一点的传感信号，即检测不同时刻分布式光纤中同一检测点的信息。\n[0023] 本发明所述的波导时延整列以是固定时延阵列，也可选择可调控时延阵列。\n[0024] 本发明选用的光源为激光光源，作为其他实施方式，同样可以选取其他形式的光源用于光纤传输。\n[0025] 在本发明给出的思路下，采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本发明中的相应技术手段基本相同、实现的发明目的也基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。