[发明专利]一种实现长距离分布式光纤传感的中继放大装置及其方法

说明书

本发明公开了一种实现长距离分布式光纤传感的中继放大装置，用来提高分布式光纤传感系统的传感距离和性能，该中继放大装置包括光功率放大器、前置光放大器、分布式光放大器、滤波器以及光环形器；所述的中继放大装置对分布式光纤传感器中的强激励光和弱传感光信号分别进行放大；其中强激励光由光功率放大器和分布式光放大器进行放大，以在传感中途重新获得较大的信号功率，并有效防止入射功率过大而引起的非线性效应；弱传感光信号由前置光放大器和可选的分布式光放大器进行放大，通过滤波抑制噪声功率，保证良好的信噪比；该模块结构简单，工作波长较宽，可适用于多种分布式光纤传感系统，有助于提高分布式光纤传感器的传感距离和整体性能。

技术领域

本发明涉及分布式光纤传感领域，尤其涉及一种实现长距离分布式光纤传感的中继放大装置及其方法。

背景技术

分布式传感被视为光纤传感器最大的优势之一，因为它不仅能实现沿传感光纤分布的物理量测量，而且能够给出物理量变化的位置，从而获得被测量的空间分布状态和随时间变化的信息。利用该特性研制的分布式光纤传感器拥有很高的军事和民用价值，可广泛应用于安防系统、油气管道监测、通信线路安全监测和智能楼宇健康监测等领域。

分布式光纤传感器一般采用传感光纤中强激励光产生的微弱散射光信号光(自发非线性散射、瑞利散射等)，或与弱探测光的相互作用(受激非线性散射、偏振改变等)，来得到传感信息。然而随着传感距离的增加，受光纤损耗及非线性等因素的影响，强激励光和相应的弱传感光信号能量急剧下降，从而限制了整个系统的传感距离和性能。增大激励光的功率是提高传感距离最直接的方法，目前主要放大技术有集中式放大方法和分布式放大方法。例如传统的光时域反射计(optical time-domain reflectometer,OTDR)系统一般采用集中式光放大技术，即激励光进入光纤前应用掺铒光纤放大器(Er-Doped FiberAmplifier,EDFA)将脉冲激励光功率进行放大。但是过高的激励光功率容易出现受激散射等非线性效应，导致激励光功率和传感光(散射光或探测光)携带的信息急剧下降，使得传输距离不能得到有效增加。基于掺铒光纤放大器EDFA和一阶拉曼混合放大的方法，可以实现单段探测光纤长度达到175km的Φ-OTDR系统(见Wang Z N,Zeng J J,Li J,etal.Ultra-long phase-sensitive OTDR with hybrid distributed amplification[J].Optics letters,2014,39(20):5866-5869)。系统实现了单向信号的放大和单段传感距离的延长，但全程光路信号的增益不平坦，其分布式放大的效果仍不理想。

申请公布号为104596632A的专利申请文件公开了一种可增强长距离探测的分布式光纤振动传感器及方法。其特征在于提出一种远端光纤中继，实现分布式振动传感器的长距离传感。但是该中继采用的是集中式光放大技术，没有对弱传感光信号进行补偿，并且主要适用于分布式振动传感器。

显然在分布式光纤传感系统中难以使用光-电-光再生中继方式，而且激励光和传感光的功率差别非常大，难以使用光通信系统常用的双向对称光放大进行信号中继，需要对强激励光和弱传感光分别进行合适的光放大中继。

发明内容

为了解决长距离光纤传感过程中强激励光和弱传感光能量急剧下降的问题，本发明提供了一种实现长距离分布式光纤传感的中继放大装置，该中继放大装置结构简单，能够对激励光和传感光分别放大，增加分布式光纤传感距离，能多次中继，可广泛应用于多种分布式光纤传感系统。

一种实现长距离分布式光纤传感的中继放大装置，由强激励光放大模块、弱传感光放大模块组成；经前段传感光纤衰减的强激励光信号输入至强激励光放大模块，经强激励光放大模块放大后再输出至后段传感光纤；后段传感光纤的衰弱传感光信号输入至所述的弱传感光放大模块，经弱传感光放大模块放大后再输出至前段传感光纤，完成强激励光与弱传感光信号的分别中继放大。