专利名称：一种光纤分布式扰动传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及光纤传感技术领域，特别是涉及一种适用于长距离应用的光纤分布式扰动传感器。
背景技术：
光纤传感器由于其抗电磁干扰、体积小、重量轻、敏感度高、易于组网、特别是可以实现分布式测量等优良特性，在工业、民用和军事领域具有广泛的应用。其中，光纤分布式扰动传感器在周界报警、输油管道监测和其它结构监测领域也具有重要意义。
光纤分布式扰动传感器是利用光纤作为传感介质的一种光纤分布式传感系统，其中光纤既作为传感介质，又作为光传输介质。光纤分布式扰动传感器可以在传感光纤布设长度内，对一定准确度范围内的突发事件进行远程和实时的监测。因此，光纤分布式扰动传感器拥有巨大的军事和民用价值，是现代安全保护系统的一个发展方向。它可以应用于军事基地、导弹基地、航天基地、武器弹药库、边界线、石油和天然气管道、监狱、机场、仓库以及通信线路等重要目标的安全保护工作。
目前，有多种技术可应用于光纤分布式扰动传感器，主要可以分为四种(1)利用后向散射光的光时域反射定位技术(Optical Time Domain Reflectometry, 0TDR) ； (2) 利用前向传输光在多模光纤的传播模式受到扰动时会产生耦合；C3)利用光纤布拉格光栅 (Fiber Bragg Gating, FBG)的反射波长移动的监测外界参量的变化来实现扰动传感；(4) 利用萨格纳克(Mgnac)、迈克尔逊(Michelson)、马赫-泽德(Machlehnder，M-Z)等干涉仪原理实现扰动传感定位。
目前传统的OTDR方案主要应用于光纤损伤、温度变化、应力应变检测，但对于动态的扰动不太敏感，不适合对微扰动传感。相位敏感型光时域反射计(Φ-OTDR)光纤分布式扰动传感器原理如
图1所示，采用窄线宽、高功率、低频率漂移的光纤激光器，探测脉冲宽度范围内后向散射光干涉的信号。当外界扰动2作用于传感光纤1时，传输光的相位信息发生变化，从而后向散射光的光强度发生变化，形成如图所示的有扰动曲线3和无扰动曲线4，可应用于分布式扰动传感。
参照图1，光源输出的连续光经调制器后转化成脉冲光，光脉冲经过一个定向耦合器，通过耦合器的脉冲光从光纤的一端注入，定向耦合器的另一端用光探测器探测后向瑞利散射光，探测到的后向散射光经光电转换后进行数据处理。该传感系统的输出就是脉冲宽度区域内反射回来的瑞利散射光相干干涉的结果。Φ-OTDR系统可以通过测量输入脉冲与接收到的脉冲信号之间的时间延迟得到扰动的位置。当光纤线路上的某个位置由于入侵而发生扰动时，光纤相应位置的折射率将发生变化，这将导致该处光相位发生变化，由于干涉作用，相位的变化将引起后向散射光光强发生变化，所以这些光强变化的时间将会对应于入侵发生的位置。
单模光纤中后向瑞利散射光功率与入射光功率之间的关系可用公式(1)描述
权利要求
1.一种光纤分布式扰动传感器，其特征在于，包括光纤激光器，其输出端连接第一耦合器，所述第一耦合器的一个输出端连接声光调制器，输出检测光，另一个输出端连接第三耦合器，输出参考光；双向分布式拉曼放大单元，通过第一环形器与所述声光调制器相连，接收声光调制器调制后的脉冲光；并通过第一环形器与第三耦合器相连，将双向拉曼放大的泵浦光传送至第三耦合器；光电探测及信号处理单元，与所述第三耦合器相连，接收第三耦合器内干涉增强的光信号，转化为电信号，并进行后续数据处理。
2.如权利要求1所述的光纤分布式扰动传感器，其特征在于，所述双向分布式拉曼放大单元包括拉曼光纤激光器，其输出端连接第二耦合器，第二耦合器的一个输出端连接第一波分复用器，输出正向泵浦光，另一个输出端连接第二波分复用器，输出反向泵浦光；所述第一波分复用器和第二波分复用器之间通过传感光纤连接；所述第一波分复用器与所述第一环形器相连。
3.如权利要求1所述的光纤分布式扰动传感器，其特征在于，所述第一环形器与第三耦合器之间设置有第二环形器，所述第二环形器上还连接有滤波器，由第一环形器传送的泵浦光，经滤波器滤波之后，进入第三耦合器。
4.如权利要求1所述的光纤分布式扰动传感器，其特征在于，所述声光调制器与第一环形器之间设置有掺铒光纤放大器。
5.如权利要求2所述的光纤分布式扰动传感器，其特征在于，所述拉曼光纤激光器与第二耦合器之间设置有正向的第二光隔离器。
6.如权利要求2所述的光纤分布式扰动传感器，其特征在于，所述第二波分复用器连接有正向的第一光隔离器。
7.如权利要求1所述的光纤分布式扰动传感器，其特征在于，所述光电探测及信号处理单元包括依次相连的光电探测器、信号处理和数据采集单元。
8.如权利要求1所述的光纤分布式扰动传感器，其特征在于，所述检测光与参考光的分光比为95 5。
9.如权利要求2所述的光纤分布式扰动传感器，其特征在于，所述正向泵浦光与反向泵浦光的分光比为10 90。
10.如权利要求3所述的光纤分布式扰动传感器，其特征在于，所述第一环形器和第二环形器均为三端口单向环形器。
全文摘要
本发明公开了一种光纤分布式扰动传感器，包括光纤激光器，其输出端连接第一耦合器，第一耦合器的两个输出端分别连接声光调制器和第三耦合器；双向分布式拉曼放大单元，通过第一环形器与声光调制器相连，并通过第一环形器与第三耦合器相连；光电探测及信号处理单元，与第三耦合器相连，接收第三耦合器内干涉增强的光信号，转化为电信号，并进行后续数据处理。本发明通过采用双向分布式拉曼放大结构可提高光纤末端的后向散射光强和信噪比，从而提高光纤分布式扰动传感器的传感距离；通过采用光源输出的一部分连续光与后向散射光的干涉提高探测器接收的光功率，可提高系统的信噪比；该传感器采用常规光电器件的组合，结构简单，容易实现。
文档编号G01D5/26GK102506912SQ201110300798
公开日2012年6月20日 申请日期2011年9月29日 优先权日2011年9月29日
发明者张晞, 李勤, 李慧, 李立京, 杨士宁, 杨德伟, 许文渊, 陆文超 申请人:北京航空航天大学