一種利用受激拉曼散射的分布式光纖振動傳感裝置及其操作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及分布式光纖振動傳感領域，尤其涉及一種利用受激拉曼散射的分布式光纖振動傳感裝置。
【背景技術】
[0002]光纖傳感是20世紀70年代伴隨著光纖通信技術的發展而迅速發展起來的，以光波為載體，光纖為媒質，感知和傳輸外界被測量信號的新型傳感技術。在實時監控方面，基于光纖傳感的大范圍長距離監控系統，可用于大型工程現場以及重大政治、經濟、軍事基地的周界安防。因此，研究分布式光纖傳感定位系統是一個非常有應用前景和實際意義的課題。
[0003]現有的分布式光纖實時振動傳感定位系統的工作原理為:窄線寬激光器連續不斷地向傳感光纖中發射脈沖光，激光在光纖中傳輸會產生瑞利散射光，瑞利散射光會發生干涉，通過相關儀器對干涉的后向瑞利散射光進行數據采集，然后再將數據送往數據處理器模塊進行處理計算，最終得出振動信息。
[0004]瑞利散射光比較微弱，是限制光纖探測距離的主要因素。現有方法多采用EDFA光放大器對微弱光進行放大，而我們使用H)FA放大散射光的過程中，有如下缺點:1.如果放大倍數過大，則在近端會產生受激拉曼散射或者受激布里淵散射，影響光纖振動傳感;2.如果放大倍數過低，則在遠端的光信號過于微弱，探測誤差較大;3.EDFA放大散射光時，本身就帶有ASE噪聲，會削弱光在遠端傳感光纖的相干性，無法有效延長探測距離。
【發明內容】
[0005]本發明所要解決的技術問題是實現一種利用一個激光器，既產生傳感所需信號激光，也進入傳感光纖用于分布式拉曼放大微弱的瑞利散射光，有效延長探測距離和增大探測靈敏度的分布式光纖振動傳感裝置。
[0006]為了實現上述目的，本發明采用的技術方案為:一種利用受激拉曼散射的分布式光纖振動傳感裝置，該裝置的激光模塊連接耦合器的輸入端，所述耦合器的一個輸出端連接長光纖，所述長光纖末端連接波分復用模塊，所述波分復用模塊經過聲光調制器連接環行器的輸入端，所述環行器的輸出端連接傳感光纖的一端，所述環行器的返回端經過光纖布拉格光柵連接數據采集模塊的輸入端，所述數據采集模塊輸出端連接數據處理模塊，所述耦合器的另一個輸出端經過衰減器與所述傳感光纖的另一端相連接。
[0007]所述的激光模塊為大功率激光模塊，由窄線寬激光器、EDFA、光隔離器封裝而成，所述激光模塊發射的激光波長為1550nm。
[0008]所述的波分復用模塊的輸出端輸出波長為1660土 20nm。
[0009]所述的數據采集模塊由光電探測器和數據采集卡封裝而成。
[00?0]所述的光纖布拉格光柵反射中心波長為1550nm。
[0011 ] 一種基于所述的分布式光纖振動傳感裝置的操作方法:
[0012]步驟1、調節大功率激光模塊的輸出功率，使波分復用模塊輸出端測得的光功率達到所需要的功率值；
[0013]步驟2、調節衰減器，使衰減器輸出端進入傳感光纖的功率達到所需要的功率值；
[0014]步驟3、調節聲光調制器，使聲光調制器輸出的脈沖光滿足所需；
[0015]步驟4、數據采集模塊采集末端的數據，送入數據處理模塊得到傳感光纖周圍振動
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[0016]本發明的優點在于:
[0017]1、本發明利用受激拉曼散射，大功率激光模塊既用于產生傳感所需激光，也進入傳感光纖用于分布式拉曼放大微弱的瑞利散射光，有效延長探測距離和增大探測靈敏度；
[0018]2、由于傳感光纖中用于振動傳感的瑞利散射光最初是由大功率激光模塊受激拉曼散射產生的，所以利用大功率激光模塊發射的激光對其進行拉曼放大具有很高的效率。
【附圖說明】
[0019]下面對本發明說明書中每幅附圖表達的內容及圖中的標記作簡要說明:
[0020]圖1為利用受激拉曼散射的分布式光纖振動傳感裝置的結構示意圖；
[0021]上述圖中的標記均為:1、激光模塊;2、耦合器;3、長光纖;4、波分復用模塊;5、聲光調制器;6、環行器;7、傳感光纖;8、衰減器;9、光纖布拉格光柵；10、數據采集模塊；11、數據處理模塊。
【具體實施方式】
[0022]本發明為一種利用受激拉曼散射的分布式光纖振動傳感裝置。利用一個激光器，既產生傳感所需信號激光，也進入傳感光纖7用于分布式拉曼放大微弱的瑞利散射光，有效延長探測距離和增大探測靈敏度。
[0023]如圖1所示，利用受激拉曼散射的分布式光纖振動傳感裝置的激光模塊I連接耦合器2，耦合器2的一個輸出端連接長光纖3(常規光纖，長僅指代距離較長)，所述長光纖3末端連接波分復用模塊4(WDM)，波分復用模塊4(WDM)經過聲光調制器5(Α0Μ)連接環行器6的輸入端，環行器6的輸出端連接傳感光纖7，環行器66的返回端經過光纖布拉格光柵9(FBG)連接數據采集模塊10輸入端，數據采集模塊10輸出端連接數據處理模塊11，與大功率激光模塊I連接的耦合器2的另一個輸出端經過衰減器8與傳感光纖7的另一端相連。
[0024]為近一步提高分布式光纖振動傳感裝置的工作效率和可靠性，激光模塊I為大功率激光模塊，由窄線寬激光器、EDFA、光隔離器封裝而成，所述激光模塊I發射的激光波長為1550nm。波分復用模塊4的輸出端輸出波長為1660±20nm，數據采集模塊10由光電探測器和數據米集卡封裝而成，光纖布拉格光柵9反射中心波長為1550nm。
[0025]工作原理如下:激光模塊I發出大功率激光，經耦合器2后，一束進入長光纖3，產生受激拉曼散射，WDM將受激拉曼散射光濾出，經過AOM調制成脈沖光進入傳感光纖7，產生的后向瑞利散射光用于振動傳感。經過耦合器2的另一束激光經過衰減器8衰減后，進入傳感光纖7，對上述的后向瑞利散射光進行分布式拉曼放大。最終，經過拉曼放大的后向瑞利散射光經過FBG濾光后被數據采集模塊10采集，采集到的數據送往數據處理模塊11分析，得出傳感光纖7周圍的振動信息。
[0026]分布式光纖振動傳感裝置具體的控制方法:
[0027]步驟1、調節大功率激光模塊I的輸出功率，使WDM輸出端測得的光功率達到實驗需要的功率。
[0028]步驟2、調節衰減器8，使其輸出端進入傳感光纖7的功率達到實驗需要的功率。
[0029]步驟3、調節AOM參數，使其輸出的脈沖光滿足實驗需要。
[0030]步驟4、數據采集模塊10采集FBG末端的數據，送入數據處理模塊11得到傳感光纖7周圍振動信息。
[0031]上面結合附圖對本發明進行了示例性描述，顯然本發明具體實現并不受上述方式的限制，只要采用了本發明的方法構思和技術方案進行的各種非實質性的改進，或未經改進將本發明的構思和技術方案直接應用于其它場合的，均在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種利用受激拉曼散射的分布式光纖振動傳感裝置，其特征在于:該裝置的激光模塊連接耦合器的輸入端，所述耦合器的一個輸出端連接長光纖，所述長光纖末端連接波分復用模塊，所述波分復用模塊經過聲光調制器連接環行器的輸入端，所述環行器的輸出端連接傳感光纖的一端，所述環行器的返回端經過光纖布拉格光柵連接數據采集模塊的輸入端，所述數據采集模塊輸出端連接數據處理模塊，所述耦合器的另一個輸出端經過衰減器與所述傳感光纖的另一端相連接。2.根據權利要求1所述的利用受激拉曼散射的分布式光纖振動傳感裝置，其特征在于:所述的激光模塊為大功率激光模塊，由窄線寬激光器、EDFA、光隔離器封裝而成，所述激光模塊發射的激光波長為1550nmo3.根據權利要求1或2所述的利用受激拉曼散射的分布式光纖振動傳感裝置，其特征在于:所述的波分復用模塊的輸出端輸出波長為1660±20nm。4.根據權利要求3所述的利用受激拉曼散射的分布式光纖振動傳感裝置，其特征在于:所述的數據采集模塊由光電探測器和數據采集卡封裝而成。5.根據權利要求1所述的利用受激拉曼散射的分布式光纖振動傳感裝置，其特征在于:所述的光纖布拉格光柵反射中心波長為1550nm。6.—種基于權利要求1-5中任一項所述的分布式光纖振動傳感裝置的操作方法，其特征在于: 步驟1、調節大功率激光模塊的輸出功率，使波分復用模塊輸出端測得的光功率達到所需要的功率值； 步驟2、調節衰減器，使衰減器輸出端進入傳感光纖的功率達到所需要的功率值； 步驟3、調節聲光調制器，使聲光調制器輸出的脈沖光滿足所需； 步驟4、數據采集模塊采集末端的數據，送入數據處理模塊得到傳感光纖周圍振動信息。
【專利摘要】本發明揭示了一種利用受激拉曼散射的分布式光纖振動傳感裝置，該裝置的激光模塊連接耦合器的輸入端，所述耦合器的一個輸出端連接長光纖，所述長光纖末端連接波分復用模塊，所述波分復用模塊經過聲光調制器連接環行器的輸入端，所述環行器的輸出端連接傳感光纖的一端，所述環行器的返回端經過光纖布拉格光柵連接數據采集模塊的輸入端，所述數據采集模塊輸出端連接數據處理模塊，所述耦合器的另一個輸出端經過衰減器與所述傳感光纖的另一端相連接。本發明利用一個激光器，既產生傳感所需信號激光，也進入傳感光纖用于分布式拉曼放大微弱的瑞利散射光，有效延長探測距離和增大探測靈敏度。
【IPC分類】G01H9/00
【公開號】CN105509869
【申請號】CN201610083973
【發明人】劉沖沖, 鄒翔, 周正仙, 屈軍, 鄭賢鋒, 崔執鳳
【申請人】安徽師范大學
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2016年2月4日