[发明专利]一种基于差分放大技术的分布式传感系统

说明书

技术领域

本发明涉及的是分布式光纤传感技术——分布式布里渊时域分析传感系统中的解调技术，具体是将其应用于一种分布式布里渊时域分析传感系统中，形成了一种基于差分放大解调的分布式光纤传感系统。

背景技术

分布式光纤传感技术在近年来，随着油气管道、高铁、大型建筑等的高速发展，其安全越来越受到各界关注，而分布式光纤传感技术由于其本身大量的优点，使得其成为长距离、恶劣环境下进行外界信息感知的关键技术。而布里渊时域分析技术正是分布式光纤传感技术大家庭中的一员，其主要功能是用来利用布里渊频移(布里渊散射光与瑞利散射光之间的光频差值)的温度、应变线性敏感性，能够实现长距离、高精度的温度和应变传感根据光纤中布里渊散射的不同机理，布里渊分布式光纤传感器主要分为两类：基于自发布里渊散射的布里渊光时域反射计和基于受激布里渊散射的分布式光纤传感仪。和自发布里渊反射计相比，在受激布里渊散射时域分析系统中信号的检测较容易，信号较强、动态范围大、测量精度高，在世界范围内的研究投入较大一些，技术也较为成熟。由于长距离的布里渊时域分析系统需要采集大量的数据，需要使用数据采集卡进行数据采集，数据中有很大的直流分量没有被去除，而数据采集卡的量程不可调，在直流分量很大的时候，产生了很大的量化误差。

发明内容

鉴于数据采集卡量化噪声较大的不足，本发明的目的是提供一种有效的差分放大的方法将数据采集卡采集到的信号，减去直流分量，在特定的幅值范围内放大，降低量化噪声，提高测量准确度。

本发明的目的是基于如下分析和方案提出和实现的：

一种基于差分放大技术的分布式传感系统，由光路检测和电路解调两部分组成；光路上采用两种不同频率的微波信号调制到信号光上：一路微波信号的频率在布里渊频移频率(10.4-10.8GHz)内，另一路微波信号的频率较布里渊频移频率稍低(10GHz)；电路上则采用功分器将两路信号分开并分别滤波、解调，再进行差分放大的方式将解调后的信号放大，实现减去直流分量，减小量化噪声的目的，其具体结构为：

可调分布式反馈激光器1输出的连续光经光耦合器2后分为两路，一路由声光调制器3调制后进入到掺铒光纤放大器4进行放大，经第一光滤波器5滤波进入光环形器11；另一路光经偏振控制器6进入电光调制器7之后进入偏振扰偏器8、光隔离器9，然后作为探测光进入传感光纤10后进入光环形器11；通过光环形器11，泵浦光与探测光在传感光纤中相遇，产生受激布里渊放大之后通过环形器进入接收端，即经掺铒光纤放大器12、第二光滤波器13后，由光电探测器14(带宽10GHz)将光信号转换为电信号；之后再在混频器18中与压电振荡器19产生的本振信号(9.8GHz)混频，实现降频，通过放大器20放大进入第二功分器21后分成两路信号，分别通过两个不同通频带的带通滤波器(22和23)和两个对数检波器(24和25)将信号分别解调出来，两路信号再同时进入差分放大器26，实现差分放大，减去直流分量，之后用数据采集卡27采集并用上位机28处理；还包括第一功分器17，所述第一功分器17接收两个微波源(15和16)混合产生一个调制电光调制器7的微波调制信号。

采用本发明的结构，可以将数据采集卡采集到的信号在特定幅度区间进行放大，解决了数据采集卡由于自身量程限制，在直流分量很大的时候，不能调整放大档位的问题。在分布式布里渊时域分析传感系统中，在上位机上安装的数据采集卡量程受限，不能满足数据采集对精确度的需求，降低了系统的测量的准确性。本发明很好地解决了该系统精确度受制于数据采集卡量程的问题。本装置工作稳定，在多次测量中都能较准确的测量出温度(或应力)变化的位置和温度值(或应力值)。

在本发明装置中，由于在电光调制器7上调制了两种频率的微波信号：一种为10GHz，不在布里渊增益范围内；另一种为扫频信号，频率在10.4GHz到10.8GHz之间，在布里渊增益范围内。经过光路后，在接收端，被不同通频带的电带通滤波器分别滤波，再经过差分放大器时，由于只有一路信号经过了布里渊放大，可以与另一路未经布里渊放大的信号相减，从而得到了需要的、附带传感信息的信号，并且该信号经过差分放大器放大，减去了直流分量，从而提高了信噪比，减小了量化误差。本装置工作稳定，在多次测量中都能较准确的测量出温度(或应力)变化的位置和温度值(或应力值)。

附图说明：

图1为本发明的系统结构图；

图2为40Km光纤的末端加上80℃的温度时的时域曲线图，其中(a)图为未使用差分放大方式解调的时域曲线，(b)图为使用差分放大方式解调的时域曲线。