基于波導時延陣列的分布式光纖傳感檢測及其解調系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及基于波導時延陣列的分布式光纖傳感檢測及其解調系統，屬于光纖傳感的技術領域。
【背景技術】
[0002]分布式光纖傳感是基于0TDR(0ptical Time Domain Reflect1n)光時域反射技術，根據光源從發出點到檢測點的往返時間，定位傳感光纖上的待測點位置，再依靠光纖的敏感特性，檢測該點環境量的變化，進而實現整條傳感光纖上各處環境量的變化，即光纖分布式傳感的目的。分布式光纖傳感系統中所使用的光纖既是傳感器，也是信號傳輸介質，具有傳感與傳輸一體化的特點，并且具有無物理節點、穩定性好、可靠性高、維護成本低等優點。因此，目前很多研究學者致力于研究分布式光纖傳感技術。各種光路設計方案、信號采樣方法、信號處理方法不斷出現，使分布式光纖傳感技術的實用化前景愈來愈廣闊。
[0003]但是，利用分布式光纖技術在確定待測點位置時，會受到光源脈寬、光脈沖觸發頻率、光量子壽命、信號采樣速度等因素的影響，現有技術所搭建的分布式光纖傳感系統，在檢測端只有一組光電解調模塊，所以每個時間點只能檢測分布式傳感光纖的一個點的狀態，不同檢測點間的間距，也就是所謂的空間分辨率，由相鄰檢測時刻的時間差決定，而最小的時間間隔則受光源的脈沖寬度的限制。如果脈沖寬度太小，必然受光纖中光量子壽命的限制，所以不能無限制地減小光脈沖的寬度來提高分布式光纖的空間分辨率。因此，分布式光纖傳感技術本身存在這種物理原理的制約，導致光纖分布式技術所能達到的空間分辨率十分有限。

【發明內容】

[0004]本發明的目的在于克服現有技術的不足，提出了基于波導時延陣列的分布式光纖傳感檢測系統，在現有的分布式光纖傳感檢測系統的基上進行了改進，解決了分布式光纖傳感技術中受脈沖寬度、光量子壽命等物理原理的制約，而影響其空間分辨率提高的技術問題，本發明還提出了一種基于波導時延陣列的分布式光纖傳感解調系統。
[0005]本發明是通過如下方案予以實現的:
[0006]1.基于波導時延陣列的分布式光纖傳感檢測系統，該檢測系統包括傳感光纖、光源、監控中心和解調系統，所述解調系統包括耦合器、數據處理模塊、波導時延陣列和不少于一個光電解調模塊，所述波導時延陣列的輸入端連接耦合器;該波導時延陣列的輸出端分別接入各個光電解調模塊。
[0007]進一步的，該檢測系統中還設有時延控制器，該時延控制器的輸出用于連接波導時延陣列，時延控制器的輸入與監控中心相連。
[0008]進一步的，所述的波導時延陣列為固定時延陣列，或者為可調控時延陣列。
[0009]進一步的，所述的光電解調模塊包括波分復用器、光電轉換模塊和信號放大器;其中波分復用器的輸入端連接至波導時延陣列的輸出；波分復用的輸出分設有兩條支路，各支路依次連接光電轉換模塊、信號放大器和A/D轉換器，A/D轉換器的輸出用于連接數據處理模塊。
[0010]2.基于波導時延陣列的分布式光纖傳感解調系統，該解調系統包括耦合器、數據處理模塊、波導時延陣列和不少于一個光電解調模塊，所述波導時延陣列的輸入端連接耦合器;該波導時延陣列的輸出端分別接入各個光電解調模塊。
[0011]進一步的，所述的波導時延陣列為固定時延陣列，或者為可調控時延陣列。
[0012]進一步的，所述的光電解調模塊包括波分復用器、光電轉換模塊、信號放大器和A/D轉換器;其中波分復用器的輸入端連接至波導時延陣列的輸出；波分復用的輸出分設有兩條支路，各支路依次連接光電轉換模塊、信號放大器和A/D轉換器，A/D轉換器的輸出用于連接數據處理模塊。
[0013]本發明和現有技術相比的有益效果是:
[0014]現有的分布式光纖傳感技術受到脈沖寬度、光量子壽命等固有物理原理的制約，導致空間分辨率的提升受到限制。本發明提出了基于波導時延陣列的分布式光纖傳感檢測及其解調系統，在現有分布式光纖溫度檢測系統做出了改進。通過對原有的分布式光纖傳感系統中加入波導延時陣列，實現對檢測點的分離檢測，使空間分辨率受控于時延陣列的設計與控制，而不受分布式光纖傳感中的物理原理的響應機制的制約。通過本發明設計的分布式光纖系統進行檢測，只要數據處理適宜，方法合理，即可提高檢測的精度和空間分辨率，進而提高了分布式光纖傳感系統的總體檢測性能指標及檢測速度。
【附圖說明】
[0015]圖1是現有技術中DTS分布式光纖溫度檢測系統的原理示意圖；
[0016]圖2是本發明基于波導時延陣列的DTS分布式光纖傳感檢測及其解調系統的原理示意圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖和實施例對本發明做進一步詳細的說明。
[0018]本發明提出了一種基于波導時延陣列的分布式光纖傳感檢測及其解調系統，如圖2所示，該檢測系統中包括傳感光纖、光源、監控中心、時延控制器和解調系統，所述解調系統包括耦合器、波導時延陣列、數據處理模塊和多個光電解調模塊。其中，光源通過耦合器連接到光纖的上，光波導時延陣列的輸入端連接耦合器;該波導時延陣列的輸出端分別接入各個光電解調模塊，
[0019]其中，波導時延陣列由若干個波導組成，波導也可以用不同長度的光纖代替。波導的傳播參數可以通過控制光電子技術手段改變時延的大小。
[0020]光電解調模塊包括波分復用器、光電轉換模塊和信號放大器;其中波分復用器的輸入端連接至波導時延陣列的輸出；波分復用的輸出分設有兩條支路，各支路依次連接光電轉換模塊、信號放大器和A/D轉換器，A/D轉換器的輸出連至數據處理模塊中。數據處理模塊的輸出與監控中心相連，用于傳輸處理的電信號。時延波導陣列還接有時延控制器。時延控制器、光源以及光電解調模塊都和監控中心相連，由監控中心予以控制。
[0021 ]監控中心由中控計算機構成，中控計算機控制光源發出脈沖光。脈沖光經耦合器分光后注入傳感光纖，注入脈沖光在傳感光纖將發生拉曼散射，并反射回輸入端的耦合器。經耦合器的反射光再經波導時延陣列的單端子輸入進入波導時延陣列，在波導時延陣列中通過耦合進入若干條傳播參數不同的波導，反射光經過波導時延陣列后分別傳送給各個光電解調模塊，反射光在各個光電解調模塊中經波分復用器傳輸出拉曼信號光，并分別傳送到兩個支路中，其中一個支路傳輸斯托克斯拉曼信號，另一支路傳輸反斯托克斯拉曼信號。這兩路信號光經光電轉換模塊及信號放大器后，送入數據處理模塊，在信號處理模塊內實現拉曼光譜的解調與分析，實現分布式光纖傳感系統的檢測點定位和檢測量參數計算，并將檢測結果傳輸給中控計算機。
[0022]本發明通過引入一個波導時延陣列，根據光從不同波導輸出的光所經歷的時間不同，即便是針對同一時間傳輸到各個波導中的信號，也可以區分各個信號對應傳感光纖的位置，因此，可以利用該分布式光電系統檢測分布式光纖同一時刻在不同檢測點的信息。同樣，通過控制采樣時序，也可以實現在不同時刻，檢測到從各波導輸出的光纖上同一點的傳感信號，即檢測不同時刻分布式光纖中同一檢測點的信息。
[0023]本發明所述的波導時延整列以是固定時延陣列，也可選擇可調控時延陣列。
[0024]本發明選用的光源為激光光源，作為其他實施方式，同樣可以選取其他形式的光源用于光纖傳輸。
[0025]在本發明給出的思路下，采用對本領域技術人員而言容易想到的方式對上述實施例中的技術手段進行變換、替換、修改，并且起到的作用與本發明中的相應技術手段基本相同、實現的發明目的也基本相同，這樣形成的技術方案是對上述實施例進行微調形成的，這種技術方案仍落入本發明的保護范圍內。
【主權項】
1.基于波導時延陣列的分布式光纖傳感檢測系統，其特征在于，該檢測系統包括傳感光纖、光源、監控中心和解調系統，所述解調系統包括耦合器、數據處理模塊、波導時延陣列和不少于一個光電解調模塊，所述波導時延陣列的輸入端連接耦合器;該波導時延陣列的輸出端分別接入各個光電解調模塊。2.根據權利要求1所述的基于波導時延陣列的分布式光纖傳感檢測系統，其特征在于，該檢測系統中還設有時延控制器，該時延控制器的輸出用于連接波導時延陣列，時延控制器的輸入與監控中心相連。3.根據權利要求1所述的基于波導時延陣列的分布式光纖傳感檢測系統，其特征在于，所述的波導時延陣列為固定時延陣列，或者為可調控時延陣列。4.根據權利要求1所述的基于波導時延陣列的分布式光纖傳感檢測系統，其特征在于，所述的光電解調模塊包括波分復用器、光電轉換模塊、信號放大器和A/D轉換器;其中波分復用器的輸入端連接至波導時延陣列的輸出；波分復用的輸出分設有兩條支路，各支路依次連接光電轉換模塊、信號放大器和A/D轉換器，A/D轉換器的輸出用于連接數據處理模塊。5.基于波導時延陣列的分布式光纖傳感解調系統，其特征在于，該解調系統包括耦合器、數據處理模塊、波導時延陣列和不少于一個光電解調模塊，所述波導時延陣列的輸入端連接耦合器;該波導時延陣列的輸出端分別接入各個光電解調模塊。6.根據權利要求5所述的基于波導時延陣列的分布式光纖傳感解調系統，其特征在于，所述的波導時延陣列為固定時延陣列，或者為可調控時延陣列。7.根據權利要求5所述的基于波導時延陣列的分布式光纖傳感解調系統，其特征在于，所述的光電解調模塊包括波分復用器、光電轉換模塊、信號放大器和A/D轉換器;其中波分復用器的輸入端連接至波導時延陣列的輸出；波分復用的輸出分設有兩條支路，各支路依次連接光電轉換模塊、信號放大器和A/D轉換器，A/D轉換器的輸出用于連接數據處理模塊。
【專利摘要】本發明涉及基于波導時延陣列的分布式光纖傳感檢測及其解調系統，該檢測系統包括傳感光纖、光源、監控中心、時延控制器和解調系統，所述解調系統包括耦合器、數據處理模塊、波導時延陣列和不少于一個光電解調模塊；該系統中還設有波導時延陣列，所述波導時延陣列的輸入端連接耦合器；該波導時延陣列的輸出端分別接入各個光電解調模塊。本發明設計的分布式光纖傳感系統避免了空間分辨率受到脈沖寬度、光量子壽命等物理原理的制約，有效的提高分布式光纖系統的檢測精度和空間分辨率。
【IPC分類】G01D5/353
【公開號】CN105628066
【申請號】CN201510966507
【發明人】孫崇峰, 楊衛東, 楊鐵軍, 許德剛, 樊超, 王珂, 楊曉峰
【申請人】河南工業大學
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2015年12月21日