[发明专利]宽域全光纤扰动定位信号时间增益控制装置

说明书

技术领域

本发明用于各类输送危险或高价值化工品管道安全监测监控等的管道监控，以及重要仓库、重要航站库、机库、爆炸品库、国境线、航空、航天基地、导弹基地、银行、博物馆、监狱等的监控；城市自来水、煤气、天然气、供热管道安全监测监控；石油、天然气长输管道安全监测监控等周界安全防卫的宽域全光纤扰动传感与定位系统的扰动定位信号时间增益控制技术，属于光纤传感检测技术领域。

背景技术

光纤传感技术是20世纪70年代伴随着光导纤维及光纤通信技术发展而另辟新径迅速发展起来的一种崭新的传感技术。概括地说，光纤传感器就是利用光纤将待测量对光纤内传输的光波参量进行调制，并对被调制过的光波信号进行解调检测，从而获得待测量值的一种装置。

宽域全光纤扰动传感与定位系统的原理是基于光纤中的后向瑞利散射效应，借助光时域反射技术来实现分布式振动测量的。扰动传感与定位系统以其可对被测量场的连续空间进行实时测量的特点而成为光纤传感技术中极其引人注目的一项新技术。扰动传感与定位系统不仅具有一般光纤传感器的特点，而且充分利用了光纤空间连续分布的特点，可以在沿光纤分布的路径上同时得到被测量的时间和空间分布信息，一举解决了许多重大应用场合下其他类型传感器难以胜任的测量任务，显示出十分经济和现实的应用前景。

对于一些重要设施或区域，如军事禁区、高危禁区等，传统的铁丝电网对周界安全保护、阻止非法侵入的效率非常低。而产用宽域全光纤扰动传感与定位系统，不仅能极大的提高周界的警报效率，还能对警报地点准确定位，进行监听。从而实现对整个重要区域的实时安全预警。对重要设施与区域、构筑周界物或埋地管道使用宽域全光纤定位网络系统是技术发展的必然趋势，具有广阔的应用市场。

在国外，宽域全光纤扰动传感与定位系统已被大量的应用在光纤安全预警定位系统。随之光纤传感技术的不断发展和推广，各种光纤安全预警定位技术也在不断发展。目前已有的安全监测主要有两类。一种是分布式温度和应力监测技术，主要利用光纤的非线性特性(拉曼效应和布里渊效应)实时采集外界事件对光纤的温度影响和冲击应力来确定警报的位置，这种技术受到光缆的结构和光缆与报警地点的距离限制而影响监测效果。另一种就是常用在管道破坏预警方面的声波检测技术，该技术是利用声波沿管道传输原理，在每隔一定距离安装一个有源传感器，采集管道沿线的声音信号加以分析，确定事件性质，进而对破坏管道事件提前发现，但每个传感器件必须配备一套供电装置和通信装置，这不仅增加了设备的投资和维护成本，而且这些设施本身也容易遭到破坏，使系统不能正常工作。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种宽域全光纤扰动定位信号时间增益控制装置，以提高微弱后向反射光信号检测和采集的准确度和稳定性。

技术方案：光脉冲在光纤传播过程中，由于光纤材料和杂质对光能的吸收而引起的吸收损耗、光纤内部的散射损耗(主要指瑞利散射)，由于交界面随机的畸变或粗糙所产生的散射损耗以及光纤弯曲产生的辐射损耗等，这些损耗中最重要的是光纤的吸收损耗。在光纤材料中的杂质如氢氧根离子、过渡金属离子对光的吸收能力极强，它们是产生光信号衰减的重要因数。衰耗系数是光纤最重要的特性参数之一，在很大程度上决定了光纤传输的中继距离。

由于光纤损耗的影响，光纤前后两端的瑞利散射光信号强弱相差较大。前段信号较强，若放大倍数过大将导致A/D转换电路饱和，使采集到的信号失真。后段信号较弱，使用较大的放大倍数可增大散射信号的绝对值。为使近距离的反射信号得到较小的放大量，而使远距离的反射信号得到较大的放大量，这样就能得到不失真的完整接收信号，这种技术成为深度补偿，又称为时间增益控制(Time GainControl)，简称TGC。

一套完备的具有时间增益控制装置的宽域全光纤扰动传感与定位系统如附图1所示。

●由定位主机109逻辑控制，产生脉冲驱动，再由半导体激光器LD101产生泵浦光脉冲，经光纤放大器(EDFA)102进行功率提升后通过光纤分路器(3dB光藕合器)103藕合进传感光纤104，在传感光纤104中将产生后向散射光，回来的后向散射光再经光纤分路器103耦合到光滤波器105进行滤波和分离，从而得到后向瑞利散射光，自此便完成了信号的采集工作。

●从光滤波器105分离出来的后向反瑞利散射光再输入至光电探测(PD)106进行光电转换，经前级放大后，从而完成信号的光电探测工作。