一種光纖振動(dòng)檢測系統(tǒng)及光纖振動(dòng)檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及信號(hào)檢測領(lǐng)域，尤其是涉及一種光纖振動(dòng)檢測系統(tǒng)及光纖振動(dòng)檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]大型工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測、輸油管線保護(hù)、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防等都需要采集振動(dòng)信號(hào)，基于相干瑞利技術(shù)(Φ-OTDR)的分布式光纖振動(dòng)傳感器由于具有傳統(tǒng)傳感器不可比擬的優(yōu)勢而成為了研究的熱點(diǎn)。目前該技術(shù)主要應(yīng)用于圍欄入侵檢測、長輸油氣管道檢測、邊界安防等領(lǐng)域，而且取得了不錯(cuò)的應(yīng)用效果，但是隨著檢測距離的延長，光信號(hào)變得很弱，尤其是后向瑞利散射光信號(hào)變得極為微弱，這為信號(hào)的檢測帶來很大的困難。
[0003]目前為了解決隨著檢測距離的延長光信號(hào)變得很弱，尤其是后向瑞利散射光信號(hào)變得極為微弱的這一問題，以單一的提高入纖光功率或前置放大器的增益系數(shù)的方式。但是提高入纖光功率將會(huì)導(dǎo)致脈沖能量過高，當(dāng)脈沖光信號(hào)超過布里淵效應(yīng)閾值時(shí)會(huì)激起受激布里淵效應(yīng)，導(dǎo)致光功率在光纖前端急劇下降，反而降低了傳感距離。為解決該問題，目前公開了基于摻鉺光纖放大方法以延長光纖傳感系統(tǒng)監(jiān)測距離的方法，但是需要占用多條光纖用以傳輸栗浦光，造成資源浪費(fèi)，反而延長檢測距離的效果有限，因此，很多實(shí)際生產(chǎn)需求仍然不能滿足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明通過提供一種光纖振動(dòng)檢測系統(tǒng)及光纖振動(dòng)檢測方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)造成資源浪費(fèi)且延長檢測距離的效果有限的技術(shù)問題。
[0005]第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種光纖振動(dòng)檢測系統(tǒng)，包括:光纖振動(dòng)傳感器，上位機(jī)，遠(yuǎn)程增益模塊，第一傳感光纖，第二傳感光纖；
[0006]所述光纖振動(dòng)傳感器與所述上位機(jī)連接；
[0007]所述光纖振動(dòng)傳感器包括第一環(huán)形器、N個(gè)栗浦光源和第一波分復(fù)用器，N為大于I的整數(shù)，其中，所述第一環(huán)形器與所述第一波分復(fù)用器連接，所述N個(gè)栗浦光源與所述第一波分復(fù)用器連接，所述第一波分復(fù)用器通過所述第一傳感光纖連接至所述遠(yuǎn)程增益模塊，所述遠(yuǎn)程增益模塊還與所述第二傳感光纖相連接；
[0008]其中，從所述第一環(huán)形器發(fā)出的信號(hào)光與從所述N個(gè)栗浦光源發(fā)出的栗浦光一起經(jīng)過所述第一波分復(fù)用器之后進(jìn)入所述遠(yuǎn)程增益模塊，通過所述遠(yuǎn)程增益模塊將所述栗浦光下載下來用于所述信號(hào)光的放大。
[0009]優(yōu)選的，所述遠(yuǎn)程增益模塊包括:第二波分復(fù)用器，濾波器，第二環(huán)形器，第三波分復(fù)用器，耦合器，第四波分復(fù)用器，第三環(huán)形器，第五波分復(fù)用器；
[0010]所述第一波分復(fù)用器通過所述第一傳感光纖連接至所述第二波分復(fù)用器，所述第二波分復(fù)用器連接至所述濾波器，所述濾波器連接至所述第二環(huán)形器，所述第二環(huán)形器連接至所述第三波分復(fù)用器，所述第三波分復(fù)用器連接至所述第三環(huán)形器，所述第三波分復(fù)用器還連接至所述耦合器，所述耦合器連接至所述第四波分復(fù)用器和所述第二波分復(fù)用器，所述第四波分復(fù)用器連接至所述第三環(huán)形器，所述第二波分復(fù)用器還與所述第五波分復(fù)用器相連接，所述第三環(huán)形器連接至所述第五波分復(fù)用器。
[0011]優(yōu)選的，所述遠(yuǎn)程增益模塊包括N個(gè)遠(yuǎn)程增益子模塊依次串聯(lián)而成；
[0012]相鄰兩個(gè)所述遠(yuǎn)程增益子模塊之間通過傳感光纖連接，其中，第η遠(yuǎn)程增益子模塊將第η栗浦光源發(fā)出的栗浦光分離出來用于所述第η遠(yuǎn)程增益子模塊對(duì)所述信號(hào)光的放大，η依次取I至N。
[0013]第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種光纖振動(dòng)檢測方法，應(yīng)用于第一方面所述的光纖振動(dòng)檢測系統(tǒng)中，所述光纖振動(dòng)檢測方法包括如下步驟:
[0014]所述信號(hào)光與所述N個(gè)栗浦光源發(fā)出的栗浦光一起進(jìn)入所述第一傳感光纖傳輸?shù)剿鲞h(yuǎn)程增益模塊后，第一遠(yuǎn)程增益子模塊接收通過所述第一傳感光纖傳輸來的栗浦光和信號(hào)光；
[0015]在第η栗浦光源發(fā)出的栗浦光的激勵(lì)下，第η遠(yuǎn)程增益子模塊對(duì)所述信號(hào)光進(jìn)行放大，η依次取I至N ;
[0016]第N遠(yuǎn)程增益子模塊通過所述第二傳感光纖傳輸來的向后瑞利散射光信號(hào)；
[0017]在第η栗浦光源發(fā)出的栗浦光的激勵(lì)下，第η遠(yuǎn)程增益子模塊對(duì)所述向后瑞利散射光信號(hào)進(jìn)行放大，η依次取I至N，其中，所述向后瑞利散射光信號(hào)為所述信號(hào)光產(chǎn)生。
[0018]本發(fā)明提供的一個(gè)或多個(gè)技術(shù)方案，至少具有如下技術(shù)效果或優(yōu)點(diǎn):
[0019]由于本發(fā)明實(shí)施例采用了光纖振動(dòng)傳感器的第一波分復(fù)用器通過傳感光纖連接至遠(yuǎn)程增益模塊，遠(yuǎn)程增益模塊將栗浦光源發(fā)出的栗浦光分離出來，同時(shí)與傳感光纖相連接，由此傳感光纖間串接遠(yuǎn)程增益模塊提高了光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)的監(jiān)測距離，這種同纖遙栗放大方式對(duì)每段傳感光纖集中式放大有效增強(qiáng)了用于檢測的光信號(hào)，解決了現(xiàn)有技術(shù)造成資源浪費(fèi)且延長檢測距離的效果有限的技術(shù)問題，從而提高了遠(yuǎn)距離光纖振動(dòng)檢測的準(zhǔn)確率。
[0020]進(jìn)一步，遙栗放大方式會(huì)將正向傳輸?shù)墓庑盘?hào)和反向傳輸?shù)娜鹄⑸涔庑盘?hào)同時(shí)放大，對(duì)于信號(hào)光使用前向栗浦方式，對(duì)于后向瑞利散射光信號(hào)使用后向栗浦方式，由此這種栗浦結(jié)構(gòu)不僅使得信號(hào)光的噪聲性能好而且后向瑞利散射光可以獲得較高的增益系數(shù)。
【附圖說明】
[0021]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。
[0022]圖1為本發(fā)明實(shí)施例中光纖振動(dòng)檢測系統(tǒng)的架構(gòu)圖；
[0023]圖2為本發(fā)明實(shí)施例中遠(yuǎn)程增益模塊的結(jié)構(gòu)圖；
[0024]圖3為本發(fā)明實(shí)施例中光纖振動(dòng)檢測方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0026]參考圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種光纖振動(dòng)檢測系統(tǒng)，包括:光纖振動(dòng)傳感器1，上位機(jī)2，第一傳感光纖3，第二傳感光纖4，遠(yuǎn)程增益模塊5，其中，光纖振動(dòng)傳感器I與上位機(jī)2連接，光纖振動(dòng)傳感器I通過第一傳感光纖3與遠(yuǎn)程增益模塊5連接，遠(yuǎn)程增益模塊5還與第二傳感光纖4連接。
[0027]具體的，光纖振動(dòng)傳感器I包括:第一環(huán)形器11，第一栗浦光源12-1、第二栗浦光源12-2…至第N栗浦光源12-N共N個(gè)栗浦光源，第一波分復(fù)用器13。其中，第一環(huán)形器11連接至第一波分復(fù)用器13，第一栗浦光源12-1、第二栗浦光源12-2…至第N栗浦光源12-N均與第一波分復(fù)用器13連接，第一波分復(fù)用器13通過第一傳感光纖3連接到遠(yuǎn)程增益模塊5。由此，第一環(huán)形器11產(chǎn)生的信號(hào)光從第一波分復(fù)用器13的一端口進(jìn)入第一波分復(fù)用器13，N個(gè)栗浦光源12-1、12-2...至12-N發(fā)出N種不同波長的栗浦光，N種波長的栗浦光從第一波分復(fù)用器13的N個(gè)端口進(jìn)入第一波分復(fù)用器13，由第一波分復(fù)用器13將N種波長的栗浦光與信號(hào)光進(jìn)行光耦合后進(jìn)入第一傳感光纖3并一起在第一傳感光纖3中傳輸。
[0028]具體的，N為大于I的整數(shù)，比如，有2個(gè)栗浦光源，3個(gè)栗浦光源等等均可以。
[0029]遠(yuǎn)程增益模塊5接收到第一傳感光纖3內(nèi)正向傳輸?shù)男盘?hào)光和正向傳輸?shù)腘種波長的栗浦光后，遠(yuǎn)程增益模塊5將N種波長的栗浦光分別對(duì)應(yīng)下載下來對(duì)正向傳輸?shù)男盘?hào)光進(jìn)行放大。
[0030]具體的，遠(yuǎn)程增益模塊5由第一遠(yuǎn)程增益子模塊5-1、第二遠(yuǎn)程增益子模塊5-2...至第N遠(yuǎn)程增益子模塊5-N共N個(gè)遠(yuǎn)程增益子模塊通過傳感光纖串聯(lián)而成。依次的，第一波分復(fù)用器13通過第一傳感光纖3連接至第一遠(yuǎn)程增益子模塊5-1，依次的，第一遠(yuǎn)程增益子模塊5-1通過一段傳感光纖連接至第二遠(yuǎn)程增益子模塊5-2，第二遠(yuǎn)程增益子模塊5-2通過又一段傳感光纖連接至第三遠(yuǎn)程增益子模塊(未圖示)等等，最后的，第N遠(yuǎn)程增益子模塊5-N連接至第二傳感光纖4，從而將經(jīng)過第N遠(yuǎn)程增益子模塊5-N放大后的信號(hào)光通過第二傳感光纖4傳輸?shù)较乱患?jí)裝置。
[0031]具體來講，第一遠(yuǎn)程增益子模塊5-1接收到第一傳感光纖3內(nèi)正向傳輸?shù)男盘?hào)光和正向傳輸?shù)膩碜訬個(gè)栗浦光源的N種波長的栗浦光，則第一遠(yuǎn)程增益子模塊5-1將與第一遠(yuǎn)程增益子模塊5-1對(duì)應(yīng)的一種波長的栗浦光下載下來對(duì)正向傳輸?shù)男盘?hào)光進(jìn)行第一次放大，將剩余的N-1種波長的栗浦光繼續(xù)通過一段傳感光纖傳輸至第二遠(yuǎn)程增益子模塊5-2ο第二遠(yuǎn)程增益子模塊5-2將與第二遠(yuǎn)程增益子模塊5-2對(duì)應(yīng)的一種波長的下載下來對(duì)正向傳輸?shù)男盘?hào)光進(jìn)行第二次放大，將剩余的N-2種波長的栗浦光繼續(xù)通過一段傳感光纖傳輸至第三遠(yuǎn)程增益子模塊(未圖示)，依次進(jìn)行下去，串聯(lián)在最末端的第N遠(yuǎn)程增益子模塊5-N將從最后一種波長的栗浦光下載下來對(duì)信號(hào)光進(jìn)行最后一次放大后通過第二傳感光纖4傳輸?shù)较乱患?jí)裝置。
[0032]具體的，光纖振動(dòng)傳感器I為基于相干瑞利散射技術(shù)(Φ-OTDR)的分布式振動(dòng)傳感器，光纖振動(dòng)傳感器I將耦合后的光通過第一傳感光纖3傳輸?shù)絅個(gè)遠(yuǎn)程增益子模塊串聯(lián)而成的遠(yuǎn)程增益模塊5，由此在第一傳感光纖3與第二傳感光纖4之間通過多段傳感光纖串聯(lián)的多個(gè)遠(yuǎn)程增益子模塊延長了 Φ-OTDR傳感距離。
[0033]下面，參考圖2所示，第一遠(yuǎn)程增益子模塊5-1、第二遠(yuǎn)程增益子模塊5-2…至第N遠(yuǎn)程增益子模塊5-N中每個(gè)遠(yuǎn)程增益子模塊均包括:第二波分復(fù)用器51，濾波器52，第二環(huán)形器53，第三波分復(fù)用器54，耦合器55，第四波分復(fù)用器56，第三環(huán)形器57，第五波分復(fù)用器58。
[0034]其中，第二波分復(fù)用器51連接至濾波器52，濾波器5