[发明专利]一种分布式光纤振动监测系统

说明书

本发明公开了一种分布式光纤振动监测系统，所述光纤振动监测系统包括：激光光源、光纤耦合器、开关型半导体光放大器、光纤环形器、平衡探测器、低通滤波器、数据采集处理单元和脉冲驱动器；所述激光光源发出的连续激光，经光纤耦合器分为两路；其中，一路连续激光作为本振激光进入平衡探测器；另外一路连续激光进入开关型半导体光放大器并在脉冲驱动器驱动下，成为周期性的脉冲激光，经光纤环形器入射到传感光纤；从传感光纤返回的背向瑞利散射光，以及本振激光进入平衡探测器，经光电转换以及滤除共模信号后进入低通滤波器，最终被信号采集处理单元采集分析，实现传感光纤沿线的振动信号探测。

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，尤其涉及一种分布式光纤振动监测系统。

背景技术

分布式光纤振动传感器，是一种基于相位敏感型光时域反射(φ-OTDR)的新型光纤传感技术，它直接以一芯单模光纤作为传感器，传、感合一，可以实现长距离多点振动监测，并且定位精度可达米级。

由于背向瑞利散射信号比较微弱，其解调方法主要有：

一是直接强度解调方法，采用高灵敏的雪崩光电二极管或者掺铒光纤放大器+光电二极管作为探测器，直接探测采集到后向瑞利散射光信号，对采样得到的散射光干涉信号进行相邻差分来检测振动信号，该方式只能简单判定振动点的位置信息，很难收集到振动的相关幅度和频率信息；

二是相干解调方法，将瑞利散射光信号与本振光信号进行进入平衡探测器，利用本振光放大，采集卡采集到拍频信号，从拍频信号中提取幅度、相位信号进行相邻差分来实现振动信号的判别。相比于直接强度解调方法，相干解调方法技术实现难度较高，但测量灵敏度更高，线性度更高，可以实现更长距离监测。

基于相位敏感光时域反射的分布式光纤振动传感器需要高相干性的激光脉冲，因此需要采用外调制方式。目前，主要是利用声光调制器来实现外调制。声光调制器的技术成熟、消光比高，但是驱动较为复杂，脉冲的上升沿一般在几十纳秒量级，无法实现高空间分辨率，并且激光经过声光调制器后有出现几十兆到几百兆的移频，此时需要采用外差相干解调方法，信号解调难度大。

发明内容

本发明的目的在于，为克服现有技术缺陷，提供了一种分布式光纤振动监测系统，本发明系统利用开关型半导体光放大器作为外调制器，实现无频移的脉冲激光，最终实现零差相干检测。

本发明目的通过下述技术方案来实现：

一种分布式光纤振动监测系统，所述光纤振动监测系统包括：激光光源、光纤耦合器、开关型半导体光放大器、光纤环形器、平衡探测器、低通滤波器、数据采集处理单元和脉冲驱动器；所述激光光源发出的连续激光，经光纤耦合器分为两路；其中，一路连续激光作为本振激光进入平衡探测器；另外一路连续激光进入开关型半导体光放大器并在脉冲驱动器驱动下，成为周期性的脉冲激光，经光纤环形器入射到传感光纤；从传感光纤返回的背向瑞利散射光，以及本振激光进入平衡探测器，经光电转换以及滤除共模信号后进入低通滤波器，最终被信号采集处理单元采集分析，实现传感光纤沿线的振动信号探测。

根据一个优选的实施方式，所述光纤振动监测系统还包括第一掺铒光纤放大器，所述第一掺铒光纤放大器设置于开关型半导体光放大器与光纤环形器之间，用于实现对周期性的脉冲激光的放大。

根据一个优选的实施方式，所述光纤振动监测系统还包括第二掺铒光纤放大器，所述第二掺铒光纤放大器设置于光纤环形器与平衡探测器之间，从传感光纤返回的背向瑞利散射光经光纤环形器后，被第二掺铒光纤放大器放大，放大后的背向瑞利散射光输入至平衡探测器。

根据一个优选的实施方式，所述激光光源为窄线宽半导体激光光源。窄线宽半导体激光光源抗震性更强，具有更宽的工作温度范围。

根据一个优选的实施方式，所述光纤耦合器不限于为标准耦合器、直连式耦合器、星状/树状耦合器以及波长多工器。