一種提高光纖振動系統(tǒng)探測距離的方法技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)提供一種提高光纖振動系統(tǒng)探測距離的方法，包括時分脈沖序列信號調(diào)制、轉(zhuǎn)換為時分脈沖干涉信號、轉(zhuǎn)換為電信號和解析提取振動信息的位置特征、分類特征。本發(fā)明專利技術(shù)將激光源和脈沖信號發(fā)生器產(chǎn)生的信號調(diào)制成時分脈沖序列信號，并進(jìn)行濾波和放大后輸出至無源傳感模塊依次轉(zhuǎn)換為時分脈沖干涉信號和電信號，信號處理裝置將電信號解析還原取出振動信息的位置特征和分類特征，主要利用部分應(yīng)用場合振動信號的特性，在滿足該類目標(biāo)客戶的需求前提下，進(jìn)一步提高探測距離，利用本發(fā)明專利技術(shù)，可以很好的兼顧探測距離和精度兩個指標(biāo)，在不降低探測精度的前提下，進(jìn)一步提高探測距離(相比脈沖光而言)，探測距離可以超過160km，分辨率達(dá)到+/

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種提高光纖振動系統(tǒng)探測距離的方法


[0001]本專利技術(shù)涉及通信
，具體涉及一種提高光纖振動系統(tǒng)探測距離的方法。

技術(shù)介紹

[0002]隨著光纖技術(shù)的發(fā)展，光纖傳感技術(shù)廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。其中雙M
?
Z(Mach
?
Zehnder，馬赫
?
曾德爾)干涉儀由于其高靈敏度特性，常用于長距離光纖周界安防，海纜監(jiān)測等領(lǐng)域。
[0003]對于某些應(yīng)用場合而言，探測距離的長度是最關(guān)鍵的技術(shù)指標(biāo)，尤其是不額外增加有源中繼放大器單段M
?
Z干涉系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)的探測距離。探測距離長度主要取決于(1)激光源的功率，(2)光纖的損耗以及(3)探測板的靈敏度。光纖越長，光纖損耗會越大；探測板的靈敏度大約在
?
55dbm水平，想提高很困難。由于受激布里淵散射效應(yīng)，當(dāng)光纖長度較長(超過幾十km)時，光源能夠注入的最大功率是有限的，通常最大只有幾毫瓦(例如3dbm)。超過該閾值，注入的激光功率大部分能量會被反射回來。由于上面3個因素的限制，如果激光源為連續(xù)發(fā)射(即直流光)，雙M
?
Z干涉系統(tǒng)的最大探測距離只有90km左右。
[0004]為此，人們想出了改進(jìn)方案，激光源發(fā)射的光源為脈沖光，如圖1所示，即連續(xù)發(fā)射等周期的脈沖，例如2MHz周期，占空比為10％
?
90％不等。這樣平均功率保持不變的前提下，最大發(fā)射功率能夠提高7
?
10dB。對應(yīng)的探測距離也能提高20
?
30km。脈沖光方案最大探測距離可以提高到120km左右。
[0005]激光源改成連續(xù)發(fā)射的脈沖光形式后，可以提高光源的最大峰值發(fā)射功率。但是這個方案也有不足，為了讓2束光形成干涉，占空比不能無限制減小。光源經(jīng)過1分2光耦合器分成2束光后，再經(jīng)過2個傳感臂的傳播，到達(dá)后面的1分2耦合器的時候，需要同時到達(dá)才能形成干涉。光纜距離越長，這2個傳感臂的長度越不容易嚴(yán)格一致，總會有些偏差，也就是傳感臂傳播的2束光光程差有差異。如果脈沖光的有光部分持續(xù)時間太短，經(jīng)過第一個1分2光耦合器的2束光的有光部分很難同時到達(dá)后面一個1分2光耦合器，這樣就不能形成干涉。
[0006]由于器件的原因，主要是聲光調(diào)制器，光的上升和下降時間大約是幾十ns的水準(zhǔn)。導(dǎo)致光脈沖的有光部分寬度也不能無限制減小。
[0007]由于激光源改成發(fā)射連續(xù)脈沖光，相當(dāng)于降低了系統(tǒng)采樣率。探測精度為光速*光纖折射率/系統(tǒng)采樣時鐘，探測系統(tǒng)的探測精度也相應(yīng)降低。為了保證探測精度，脈沖的周期不能太長。
[0008]綜合考慮，這個方案的峰值發(fā)射功率有所提高，探測距離變長，但改善也是一定程度的，同時探測精度會降低，即：現(xiàn)有脈沖光方案探測距離在120km左右，探測精度同時有所降低，不能滿足某些工程應(yīng)用的需要，需要其他的技術(shù)手段進(jìn)一步提高系統(tǒng)的探測距離。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

[0009]本專利技術(shù)是為了解決光纖探測距離和探測精度的問題，提供一種提高光纖振動系統(tǒng)探測距離的方法，將激光源和脈沖信號發(fā)生器產(chǎn)生的信號調(diào)制成時分脈沖序列信號，并進(jìn)
行濾波和放大后輸出至無源傳感模塊依次轉(zhuǎn)換為時分脈沖干涉信號和電信號，信號處理裝置將電信號解析還原取出振動信息的位置特征和分類特征，本專利技術(shù)將激光源輸出的信號調(diào)制成時分脈沖序列信號后，由于占空比減小，在不提高輸出平均功率的前提下，提高激光源放大后的輸出峰值功率，利用部分應(yīng)用場合振動信號的特性，在滿足該類目標(biāo)客戶的需求前提下，進(jìn)一步提高探測距離，利用本專利技術(shù)，可以很好的兼顧探測距離和精度兩個指標(biāo)，在不降低探測精度的前提下，進(jìn)一步提高探測距離(相比脈沖光而言)，探測距離可以超過160km，分辨率達(dá)到+/
?
50m的水平。
[0010]本專利技術(shù)提供一種提高光纖振動系統(tǒng)探測距離的方法，包括以下步驟：
[0011]S1、脈沖光調(diào)制裝置將激光源和脈沖信號發(fā)生器產(chǎn)生的信號調(diào)制成時分脈沖序列信號并輸出至濾波放大系統(tǒng)，時分脈沖序列信號包括若干個時分排列的具有時間寬度的脈沖序列信號，每個脈沖序列信號中包括若干個連續(xù)光信號；
[0012]S2、時分脈沖序列信號經(jīng)濾波放大系統(tǒng)濾波和放大，保持輸出平均功率不變、提高輸出峰值功率后輸出至無源傳感模塊，無源傳感模塊產(chǎn)生兩路時分脈沖干涉信號輸出至接收探測器，接收探測器接收兩路時分脈沖干涉信號并轉(zhuǎn)換為兩路電信號輸出至信號處理裝置，激光源、無源傳感模塊和接收探測器為雙MZ干涉系統(tǒng)；
[0013]S3、信號處理裝置將電信號解析還原為時分脈沖干涉信號，通過判斷每個時分脈沖干涉信號的特征，挑選時分脈沖干涉信號并進(jìn)行解析后提取出振動信息的位置特征和分類特征，光纖振動系統(tǒng)探測完成。
[0014]本專利技術(shù)所述的一種提高光纖振動系統(tǒng)探測距離的方法，作為優(yōu)選方式，步驟S1中，脈沖光調(diào)制裝置為以下任意一種：AOM聲光調(diào)制器、半導(dǎo)體光放大器、電光調(diào)制器；
[0015]脈沖序列信號的寬度為ms級；脈沖序列信號按規(guī)律排列以進(jìn)行解析還原。
[0016]本專利技術(shù)所述的一種提高光纖振動系統(tǒng)探測距離的方法，作為優(yōu)選方式，連續(xù)光信號為連續(xù)直流光信號或者連續(xù)脈沖光信號；
[0017]連續(xù)脈沖光信號的周期寬度為百ns級。
[0018]本專利技術(shù)所述的一種提高光纖振動系統(tǒng)探測距離的方法，作為優(yōu)選方式，步驟S2包括：
[0019]S21、時分脈沖序列信號經(jīng)濾波放大系統(tǒng)濾波和放大后輸出至無源傳感模塊；
[0020]S22、無源傳感模塊中的第一分光耦合器接收時分脈沖序列信號并分別輸出至第二分光耦合器和第三分光耦合器，第二分光耦合器將時分脈沖序列信號經(jīng)傳感臂轉(zhuǎn)換為時分脈沖干涉信號輸出至第三分光耦合器并經(jīng)過傳導(dǎo)臂輸出至接收探測器的第一光電探測板生成順時針電信號，第三分光耦合器將第一分光耦合器經(jīng)過傳導(dǎo)臂輸出的時分脈沖序列信號輸出至傳感臂轉(zhuǎn)換為時分脈沖干涉信號并經(jīng)過第二分光耦合器輸出至接收探測器的第二光電探測板生成逆時針電信號。
[0021]本專利技術(shù)所述的一種提高光纖振動系統(tǒng)探測距離的方法，作為優(yōu)選方式，傳感臂為第二分光耦合器和第三分光耦合器之間的光纖，傳導(dǎo)臂包括第一分光耦合器、第三分光耦合器之間的光纖和第三分光耦合器、第一光電探測板之間的光纖。
[0022]本專利技術(shù)所述的一種提高光纖振動系統(tǒng)探測距離的方法，作為優(yōu)選方式，第一分光耦合器為一分二光耦合器，第二分光耦合器和第三分光耦合器均為二分二光耦合器。
[0023]本專利技術(shù)所述的一種提高光纖振動系統(tǒng)探測距離的方法，作為優(yōu)選方式，濾波放大
系統(tǒng)包括電連接的EFDA和濾波器，EFDA的增益可調(diào)。
[0024]本專利技術(shù)所述的一種提高光纖振動系統(tǒng)探測距離的方法，作為優(yōu)選方式，步驟S3中，時分脈沖干涉信號的特征包括：脈沖個數(shù)、最小脈沖寬度和脈沖強(qiáng)度。
[0025]本專利技術(shù)所述的一種提高光纖振動系統(tǒng)探測距離的方法，作為優(yōu)選方式，步驟S1中，脈沖光調(diào)制裝置和脈沖信號發(fā)生器均在MCU的控制下產(chǎn)生信號。本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】

【技術(shù)特征摘要】
1.一種提高光纖振動系統(tǒng)探測距離的方法，其特征在于：包括以下步驟：S1、脈沖光調(diào)制裝置(1)將激光源(2)和脈沖信號發(fā)生器(3)產(chǎn)生的信號調(diào)制成時分脈沖序列信號并輸出至濾波放大系統(tǒng)(4)，所述時分脈沖序列信號包括若干個時分排列的具有時間寬度的脈沖序列信號，每個所述脈沖序列信號中包括若干個連續(xù)光信號；S2、所述時分脈沖序列信號經(jīng)所述濾波放大系統(tǒng)(4)濾波和放大，保持輸出平均功率不變、提高輸出峰值功率后輸出至無源傳感模塊(5)，所述無源傳感模塊(5)產(chǎn)生兩路時分脈沖干涉信號輸出至接收探測器(6)，所述接收探測器(6)接收兩路所述時分脈沖干涉信號并轉(zhuǎn)換為兩路電信號輸出至信號處理裝置，所述激光源(2)、所述無源傳感模塊(5)和所述接收探測器(6)為雙MZ干涉系統(tǒng)；S3、所述信號處理裝置將電信號解析還原為所述時分脈沖干涉信號，通過判斷每個所述時分脈沖干涉信號的特征，挑選所述時分脈沖干涉信號并進(jìn)行解析后提取出振動信息的位置特征和分類特征，光纖振動系統(tǒng)探測完成。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高光纖振動系統(tǒng)探測距離的方法，其特征在于：步驟S1中，所述脈沖光調(diào)制裝置(1)為以下任意一種：AOM聲光調(diào)制器、半導(dǎo)體光放大器、電光調(diào)制器；所述脈沖序列信號的寬度為ms級；所述脈沖序列信號按規(guī)律排列以進(jìn)行解析還原。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高光纖振動系統(tǒng)探測距離的方法，其特征在于：所述連續(xù)光信號為連續(xù)直流光信號或者連續(xù)脈沖光信號；所述連續(xù)脈沖光信號的周期寬度為百ns級。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高光纖振動系統(tǒng)探測距離的方法，其特征在于：步驟S2包括：S21、所述時分脈沖序列信號經(jīng)所述濾波放大系統(tǒng)(4)濾波和放大后輸出至所述無源傳感模塊(5)；S22、所述無源傳感模塊(5)中的第一分光耦合器...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉云龍，李康，劉清振，李云，胡海林，余紅榮，俞雋，于連慶，孫瑞強(qiáng)，楊偉輝，王勇，
申請(專利權(quán))人：北京信維科技股份有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：