[发明专利]基于随机激光放大的长距离大容量FBG传感系统

说明书

本发明公开了基于随机激光放大的长距离大容量FBG传感系统，涉及光纤传感技术领域，解决FBG传感系统中的大容量复用及长距离传感问题，系统包括信号光源模块、环形器、波分复用器、低噪声随机激光泵浦光源、传输光纤、传感FBG以及信号解调模块；本发明在FBG传感系统中采用随机激光放大与遥泵掺铒光纤放大结合的新型分布式放大技术，可显著延长系统传感距离；同时，本发明利用混合时分复用和波分复用方式结合反射率补偿式分布的FBG复用方式，进一步提高了系统复用率和传感距离，可实现适用于电力安全监测等领域的长距离、大容量的FBG传感系统。

技术领域

本发明涉及光纤光栅及光纤传感领域，尤其是基于随机激光放大的长距离大容量FBG传感系统。

背景技术

自从1978年K.O.Hill首次报导FBG以来，FBG成为广泛用在光纤通信系统中的关键无源器件。同时，FBG作为一种结构敏感元件，还可作为新型传感器，结构可随着外界温度、应变等物理量变化而变化，具有抗电磁干扰、抗尺寸小、抗腐蚀性好、便于复用和灵敏度高等特点，适合在极端恶劣环境中使用。但由于器件的非线性温漂、噪声干扰以及复用时阴影效应和多次反射串扰等问题，传统的FBG传感系统还存在很多不足与限制，比如，复用容量如何更大、传感距离如何更长、解调精度如何更准、解调速度如何更快，解决上述问题成为现在的研究热点。

目前光放大技术中，分布式放大技术及遥泵放大技术可以有效的提升FBG传感系统的传感范围，但现在采用的泵浦光源相对强度噪声过高，在放大信号光的同时会导致信号光的相对强度噪声进一步恶化，系统的信噪比下降。FBG大容量复用技术中，TDM技术和WDM技术广泛应用于FBG传感系统，相对这两种复用技术，TDM+WDM的混合复用技术成为了大容量FBG传感系统的一种新的解决方案，这种混合复用技术能成倍的提升FBG传感系统的复用能力和系统空间分辨率。

FBG传感技术可广泛应用各种基础设施的结构监控监测。尤其是长距离大容量FBG传感系统，可用于国家电网高压输电线路的大范围无中继监测，是现在的热门研究内容。高压输电线路的分布环境复杂，大多分布在荒郊野外等恶劣环境中，监测维护成本高，而且对于长距离的FBG传感系统监测，中继站的维护也是一个负担，因此电网监测急需一种长距离大容量无中继的FBG传感系统方案。

发明内容

本发明的目的在于：解决FBG传感系统中的大容量复用及长距离传感问题，为高压输电线路等大范围无中继传感监测提供一种解决方案。

本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：

基于随机激光放大的长距离大容量FBG传感系统，包括依次连接的信号光源模块、环形器、波分复用器以及传输光纤，所述环形器的第三端口连接信号解调模块，低噪声随机激光泵浦模块的输出端与波分复用器相连；

信号光源模块发出的脉冲光通过波分复用器与低噪声随机激光泵浦光源模块输出的泵浦光耦合进入传输光纤，实现分布式随机激光放大，一段掺铒光纤位于传感光纤中，实现遥泵掺铒光纤放大，延长系统距离，其中掺铒光纤的长度为1-50m；

传感FBG按补偿式分布在传输光纤中，传输光纤中不同位置放置的FBG反射率不同，反射率范围为-60dB～0dB；

传感FBG反射的信号光经过环形器，进入信号解调模块，信号光携带了外界信息，通过信号解调模块分析信号光波长还原外界信息。

作为一种可选的技术方案，所述信号光源模块包括宽带光源和声光调制器，其中，宽带光源的输出端连接声光调制器；声光调制器的输出端依次连接第一掺饵光纤放大器，环形器的第一端口；

环形器第一端口的光从第二端口出来，依次经过波分复用器、强反馈模块，再进入传输光纤；传输光纤中传感FBG的反射光从环形器的第二端口进去，从其第三端口出来，环形器的第三端口连接第二掺饵光纤放大器，第二掺饵光纤放大器的输出连接信号解调模块。