一种基于中继器的长距离光纤分布式声波传感装置的制作方法

：本发明属于光纤分布式传感，具体涉及一种基于中继器的长距离光纤分布式声波传感装置。

背景技术

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背景技术：

1、分布式光纤传感以其传感距离长、可分布式探测、可测量参量多、灵敏度高等特点已经在诸多领域中得到了广泛的应用。其中，基于相位敏光时域反射仪(φ-otdr)的全光纤分布式声波传感器(fodas)近年来已成功应用在石油勘探、地质结构检测、管道安全监测、水声探测等领域。基于φ-otdr的das以一根光纤作为敏感元件和传输介质，通过光纤中的后向瑞利散射光的相位变化实现对光纤沿线的外界声波信息连续分布式的探测。由于传感光纤存在传输损耗，探测光与后向瑞利散射光在光纤内传输过程中功率会逐渐衰减，而入纤功率过高时，光纤中会发生非线性效应，导致探测信号光的能量发生大量转移并被消耗，导致传感信噪比降低，因此难以实现更长距离的分布式声波传感。

2、如公开号为cn109632076 a的中国专利申请公开的一种长距离光纤分布式声波传感的放大系统，该系统包括单端或者双端泵浦放大和遥泵掺铒光纤，延长了传感距离，但要想实现百公里以上长距离传感需要遥泵掺铒光纤和双端泵浦放大混合技术，全程光路信号的增益不平坦，信噪比差，而且只实现最长140km的传感距离。再比如公开号为cn106788752a的中国专利申请公开的一种实现长距离分布式光纤传感的中继放大装置，由光功率放大器、前置光放大器、分布式光放大器、滤波器以及环形器组成中继放大装置对强激励光和弱传感光信号进行放大，但φ-otdr系统每50km光纤就需要一个中继放大装置，实现150km传感距离就需要两个中继放大装置，而且中继放大装置所需器件种类多。

3、因此，有待进一步改进。

技术实现思路

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技术实现要素：

1、本发明所要解决的技术问题是，提供一种基于中继器的长距离光纤分布式声波传感装置，该基于中继器的长距离光纤分布式声波传感装置在传感光纤中加入中继器，能够对传感光纤分段探测并对脉冲光放大，增加分布式光纤传感距离，实现长距离的分布式声波传感。

2、本发明的技术解决方案是，提供一种基于中继器的长距离光纤分布式声波传感装置,该装置由第一光纤分布式声传感系统、第二光纤分布式声传感系统、前段传感光纤、后段传感光纤和中继器组成；其中，

3、中继器嵌入前段传感光纤和后段传感光纤的连接处并连接前后两段传感光纤，用于放大第一、第二光纤分布式声传感系统远距离传输进来的光脉冲，以及对产生的干涉光信号放大输出；

4、第一光纤分布式声传感系统连接前段传感光纤的首端，后段传感光纤的尾端连接第二光纤分布式声传感系统；第一光纤分布式声传感系统输出经放大的脉冲激励光输入前段传感光纤实现前段传感光纤的前半部分探测，同时输出脉冲激励光通过前段传感光纤远距离传输至中继器，经中继器放大后再输入至前段传感光纤的尾端实现前段传感光纤的后半部分探测；

5、第二光纤分布式声传感系统输出经放大的脉冲激励光输入后段传感光纤的尾端实现后段传感光纤的后半部分探测，同时输出脉冲激励光通过后段传感光纤远距离传输至中继器，经中继器放大后输入至后段传感光纤的首端实现后段传感光纤的前半部分探测。

6、作为优选，第一光纤分布式声传感系统和第二光纤分布式声传感系统分别包括在光路上依次设置的第一光源、第一耦合器、第二光源、第二耦合器、第一波分复用器、光调制器、任意波形发生器、第一光放大器、第二波分复用器、第一环形器、第一泵浦、第三波分复用器、第三耦合器、第四耦合器、第一光电探测模块、第二光电探测模块、信号解调模块；其中，

7、第一光源的输出端和第一耦合器的输入端连接，第二光源的输出端和第二耦合器的输入端连接，第一耦合器和第二耦合器的其中一个输出端分别连接第一波分复用器的第一输入端和第二输入端，第一波分复用器的输出端连接光调制器的输入端，任意波形发生器的输出端和光调制器的调制输入端连接，光调制器的输出端和第一光放大器的输入端连接，第一光放大器的输出端和第二波分复用器的输入端连接，第二波分复用器的第二输出端和第一环形器的输入端连接，第一环形器的输出端一端连接第三波分复用器的第二输入端，第一环形器另一输出端连接第三耦合器的一个输入端，第一泵浦的输出端连接第三波分复用器的一个输入端，第三波分复用器的输出端连接前段传感光纤，第二耦合器的另一输出端连接第三耦合器的另一输入端，第三耦合器的两个输出端连接第一光电探测模块，第四耦合器的两个输出端连接第二光电探测模块，第一光电探测模块和第二光电探测模块的输出端与信号解调模块的输入端连接。

8、作为优选，中继器由依次设置的第二泵浦、第四波分复用器、第二环形器、第五耦合器、第二光放大器、第三泵浦、第五波分复用器、第三环形器、第六耦合器、第三光放大器组成，从第一光纤分布式声传感系统内的第三波分复用器接出的前段传感光纤与第四波分复用器的输出端连接，第二泵浦的输出端连接第四波分复用器的一个输入端，第二环形器的一个输出端连接第四波分复用器的另一输入端，第二环形器的另一输出端连接第五耦合器的一个输入端，第五耦合器的输出端与第二光放大器的输入端连接；从第二光纤分布式声传感系统内的第三波分复用器接出的后段传感光纤与第五波分复用器的输出端相连，第三泵浦的输出端连接第五波分复用器的一个输入端，第三环形器的一个输出端连接第五波分复用器的另一输入端，第三环形器的另一输出端连接第六耦合器的一个输入端，第六耦合器的输出端与第三光放大器的输入端连接。

9、作为优选，第一光纤分布式声传感系统内部的第二波分复用器的一个输出端通过前段传感光纤远距离传输至中继器的第二环形器输入端；第一光纤分布式声传感系统内部的第一耦合器的另一输出端通过前段传感光纤远距离传输至中继器的第五耦合器另一输入端；第二光纤分布式声传感系统内部的第二波分复用器的一个输出端通过后段传感光纤远距离传输至中继器的第三环形器输入端，第二光纤分布式声传感系统内部的第一耦合器的另一输出端通过后段传感光纤远距离传输至中继器的第六耦合器另一输入端。

10、作为优选，中继器内部的第二光放大器的输出端通过前段传感光纤远距离传输至第一光纤分布式声传感系统内部的第四耦合器输入端；中继器内部的第三光放大器的输出端通过后段传感光纤远距离传输至第二光纤分布式声传感系统内部的第四耦合器输入端。

11、作为优选，第一光纤分布式声传感系统和第二光纤分布式声传感系统中的第一光源和第二光源为两个不同中心波长的光源，用于分别探测每段传感光纤的前半部分和后半部分，避免两束探测脉冲光在传感光纤中传输时产生干涉，影响探测。

12、作为优选，第一光纤分布式声传感系统和第二光纤分布式声传感系统中的第一波分复用器和第二波分复用器分别用于将两个波长的光波进行合波和解波。

13、作为优选，第一光纤分布式声传感系统和第二光纤分布式声传感系统中的任意波形发生器用于产生脉冲调制信号驱动光调制器。

14、作为优选，第一光纤分布式声传感系统和第二光纤分布式声传感系统中的第一光电探测模块和第二光电探测模块为光平衡探测模块，用于消除干涉信号中的直流影响。

15、进一步的，第一泵浦、第二泵浦、第三泵浦用于产生泵浦光为探测脉冲光提供增益，延长传感距离。

16、作为进一步的技术方案，当传感光纤受到声压信号影响时，传感光纤的长度发生改变，引起传感光纤中后向瑞利散射光的相位发生变化，由此后向瑞利散射光和本地连续光产生相位差，形成干涉条纹。通过解调模块对干涉信号进行解调就可以获得对应的声信号。

17、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

18、为了实现长距离的分布式光纤声传感，本发明在传感光纤间增加了中继器，将传感光纤分为两段进行单独探测，减小了光纤分布式声传感系统中探测脉冲光的探测距离，有效延长光纤分布式声传感系统的传感距离。在中继器中通过泵浦分布式放大为探测脉冲光提供足够的增益以克服光纤损耗，改变探测脉冲光沿传感光纤的功率分布，提高探测脉冲光功率较低处的探测脉冲光功率，进而实现长距离传感。将嵌入中继器的光缆与分布式光纤声传感技术融合在一起，从而实现定位型长距离分布式光纤声传感器的远程监测。

19、并且，本发明将探测脉冲光经过泵浦分布式放大后注入每段传感光纤的一端，同时又将探测脉冲光通过传输光纤远距离传输至中继器，经泵浦分布式放大后注入每段传感光纤的另一端，对每段传感光纤再次进行分段，实现两端同时分段探测。通过单端泵浦分布式放大与传感光纤分段探测相结合，提高探测脉冲光功率较低处的探测脉冲光功率，进而提高全程光路信号增益的平坦性，从而实现信噪比更高的声传感。

20、同时，本发明中分布式光纤声传感系统采用相干外差探测的方式，结合相应的解调算法可以实现对不同位置处的相位信息提取，其结构相对简单，容易实现。同时外差探测方式可以探测微弱的声信号，系统的信噪比高，灵敏高，可以实现长距离传感。