[发明专利]一种波分复用的OTDR光纤振动传感装置

说明书

本发明公开了一种波分复用的OTDR光纤振动传感装置，其特征在于，包括依次连接的多波长激光脉冲光源、第一波分复用器、OTDR光学收发装置、待测传感光缆，OTDR光学收发装置的输出端连接第二波分复用器，第二波分复用器与光电采样模块连接。这种装置采用波分复用、时域等间隔输出的OTDR收发装置，能实现基于OTDR的分布式光纤振动传感器在不降低探测距离的基础上提高采样重频，改善分布式光纤振动传感器的相位解调工作范围。

技术领域

本发明涉及光纤传感技术，具体是一种波分复用的OTDR光纤振动传感装置。

背景技术

-OTDR（相位敏感光时域反射仪）、P-OTDR（偏振光时域反射仪）、COTDR（相干光时域反射仪）等分布式光纤振动传感技术均基于OTDR技术，应用于周界安防领域，可极大降低安全巡查的难度。在提高分布式光纤振动传感器的模式识别能力上，采用相位解调技术对传感光纤上的振动信号幅度进行还原，可大幅度提高模式识别效率、降低系统虚警率。相位解调是以OTDR发射激光脉冲的重频为采样频率对振动信号进行采样，振动信号引起的干涉信号可看做多个不同频率和振幅的正弦波的叠加，根据采样定理，采样频率必须大于最大频率的正弦波频率的2倍，通常采样频率是最大频率的正弦波频率的3-5倍。而振动信号的特点是机械振动幅度越大，引起光纤内相干信号的频率越高，较大的振动信号一个机械波周期甚至可产生100个以上的激光相干周期，因此振动信号的相位解调对OTDR脉冲重频是有要求的，激光重频越高，能够识别的振动信号机械频率越高、或机械振幅越大。比如，1kHz重频的OTDR系统能够支持解调的振动信号的正弦波频率最大不大于500Hz，通常有效振动信号频率300Hz以内，当机械波振幅为20π时（2π代表机械振动引起的一个后向瑞利散射相位变化周期），则1kHz重频仅能有效解调30Hz以内的、振幅不大于20π的机械振动信号，同时，由于OTDR的探测距离不得超过 ，其中为OTDR脉冲周期，c为真空光速，n为光纤折射率，OTDR使用高重频则意味着探测距离的缩短。当OTDR脉冲重频为10kHz时，其最大测量距离仅为10km。

发明内容

本发明的目的是针对-OTDR、P-OTDR等分布式光纤振动传感器在相位解调应用中存在的高重频与长距离探测的矛盾，而提供一种波分复用的OTDR光纤振动传感装置。这种装置能在不降低探测距离的基础上，通过增加激光波长、等间隔的发射激光脉冲，并在接收端采用解波分复用分别探测各波长的传感信号，使高重频的传感信号在时域上不重叠，改善分布式光纤振动传感器的相位解调工作范围。

实现本发明目的的技术方案是：

一种波分复用的OTDR光纤振动传感装置，包括依次连接的多波长激光脉冲光源、第一波分复用器、OTDR光学收发装置、待测传感光缆、OTDR光学收发装置的输出端连接第二波分复用器，第二波分复用器与光电采样模块连接，其中，多波长激光脉冲光源设有一组激光器，光电采样模块设有一组探测器，多波长激光脉冲光源以等时间间隔的方式依次发射激光脉冲，分别接入第一波分复用器对应的各波分端口，第一波分复用器将多波长激光脉冲合成一束后由公共端口接入OTDR收发装置输入端，OTDR收发装置发射端连接传感光缆，传感光缆上的振动信号回传到OTDR收发装置发射端并由OTDR收发装置输出端输出M路光信号，M=1、2、4，并接入M个第二波分复用器的公共端，每个第二波分复用器由N路波分端输出不同波长的振动监测信号，并接入光电采样模块，由光电采样模块合成输出采样频率为N×f的传感探测数字信号，其中，f为激光脉冲源的重频，N为多波长激光脉冲光源的波长数量，N为不小于2的正整数，且波长间隔满足第一、第二波分复用器的隔离度要求、并且N个激光脉冲光源以等时间间隔的方式依次发射激光脉冲。

所述第一、第二波分复用器的公共端为1个光纤端口、N个波分端分别输出或输入1个不同波长的激光脉冲信号。

所述OTDR光学收发装置设有1个OTDR激光脉冲输入端口、1个传感光缆连接端口、M个传感信号输出端口，M=1、2、4，M个传感信号输出端口分别连接第二波分复用器的公共端、M个第二波分复用器的波分端各自输出N路不同波长的振动监测信号，并各自接入不同的带M×N个光电探测器的光电采样模块中。