专利名称：一种超长距离分布式光纤传感装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及分布式光纤传感技术领域，尤其涉及长距离分布式光纤温度、振 动传感技术领域。
背景技术：
分布式光纤传感装置基于光线背向散射原理，当激光脉冲在光纤中传输时，光纤 中会不断产生拉曼散射(斯托克斯、反斯托克斯)、瑞利散射及布里渊散射等散射光，其中 一部分会反方向传输到“源头”，我们称这部分散射光为“背向散射光”。散射光信号比较弱， 需要高灵敏度光电探测器和放大电路才能接收到。在分布式光纤传感装置中，散射信号强度随着探测距离的增加呈指数关系下降， 在不降低装置信噪比的情况下，通常有两种方法，一是提高光源入射功率，二是提高接收电 路灵敏度和动态范围；但实际上，光源入射功率和接收电力灵敏度及动态范围都是有限度 的，远远不能满足超长距离探测的需求。
实用新型内容为了克服上述技术问题，本实用新型提供一种超长距离分布式光纤传感装置。本实用新型的目的是这样实现的一种超长距离分布式光纤传感装置，采用多级 中继放大�？椋考吨屑谭糯竽？榘礁龉庀笋詈掀�、一个分光滤光器件和一个光无源 �？椋淮蠊β事龀骞庠捶⒊龅穆龀骞饩庀笋詈掀鞯姆止饨讲馑璧穆龀骞馐淙氲谝患� 分光滤光器件，其余脉冲光通过传输光纤输入第二级光纤耦合器，泵浦光源发出的泵浦光 经光纤耦合器分光后将所需的泵浦光输入光无源�？槲涮峁┠芰浚溆啾闷止馐淙氲诙� 级对应的光纤耦合器；级与级之间分离脉冲光的光纤耦合器和分离泵浦光的光纤耦合器 分别通过一根传输光纤相连，级与级之间光无源�？楹头止饴斯馄骷ü桓讲夤庀讼� 连。所述的中继放大�？樽魑桓稣澹度肓蕉翁讲夤饫碌牧哟�。大功率脉冲光源发出的脉冲光经第一级光纤耦合器分光后，所需的脉冲光进入第 一级的分光滤光器件，经过光无源�？榻敫衾肫鳎闷止庠吹墓饩硪还庀笋詈掀鞣� 光，将所需的泵浦光输入光无源�？橛靡蕴峁┠芰浚谝患读礁龉庀笋詈掀鹘Ｓ嗟穆龀� 光和泵浦光分别输入第二级的两个光纤耦合器，第二级的两个光纤耦合器同样按照比例将 装置所需的脉冲光和泵浦光输入第二级分光滤光器件和光无源模块，剩余光输入第三级的 两个光纤耦合器，依次向下传输。光在光纤中传输时产生的后向散射光沿传感光纤后向传 输，至各级中继放大�？槭本璄DFA放大、分光滤光器件的滤光分离得到需要的各种后向散 射光，从而完成后向散射光的提取，提取出的后向散射光进入装置主机的处理系统，完成分 布式光纤传感装置的信号处理工作。所述的第二级中继放大�？榭迹考吨屑谭糯竽？榍霸黾右桓龈衾肫鳎欢肆� 接探测光纤，一端连接分光滤光器件，只能允许后向散射光向前传输，从而防止上一级的光脉冲对下一级产生影响，导致下一级可能同时出现多个脉冲光的情形。大功率脉冲光源用于产生大功率脉冲光源，所述大功率脉冲光源经过多个耦合器 间隔一定长度注入传感光缆，从而提高超大长度系统信噪比；光纤耦合器用于脉冲光源和泵浦光源的分配；所述的每一级的两个光纤耦合器， 输出端的分光比可以根据光源的功率和需要探测的长度计算设定。所述的分光滤光器件可以为波分复用器、光纤耦合器或者环形器等能把探测脉 冲引入探测光缆，同时能过滤所需后向散射光的器件。泵浦光源用于光无源�？榈谋闷止庠矗枪馕拊茨？榈哪芰坷丛矗ü鼸DFA将其 能量转化到后向散射光信号上；分光滤光器件用于将脉冲光引入到探测光缆中，同时将需要分离的后向散射光过 滤出来。EDFA是标准掺铒光纤光大器的简化形式，主要是其中的无源部分，而将有源部分 提到了最前端，从而实现中继放大的无源放大；续接接口用于装置扩展，从而可以接入更长的探测光缆；处理系统用于光散射信号的接收、放大及处理。所述的光无源模块可以为掺铒光纤放大器。本实用新型所述的超长距离分布式光纤传感装置的优点在于大功率脉冲光源通 过多个光纤耦合器的按比例分配及传输光纤的传输，分级进入探测光纤，定长度实现探测 光脉冲的“再放大”，从而在“源”的角度上提高了系统信噪比；这种分级传输探测光脉冲的 方法一方面可以避免超限光功率直接进入探测光缆导致非线性散射的问题；一方面可以减 少连续光传输导致的更大能量的损耗。隔离器的存在则可以完全避免上级光脉冲和下级光 脉冲同时出现在下级探测光缆中的情形，从而保证系统空间分辨率不受影响。泵浦光源通 过耦合器、传输光缆及EDFA将能量转移到各级后向散射信号中，从而从“信号”的角度上直 接提高了系统信噪比。装置由于采用了分级设计，大大降低了对接收电路的接收灵敏度和 动态范围的要求。另外装置采用了可扩展设计，可方便实现从短距离，到长距离，再到超长 距离的探测。
图1为本实用新型实施例1所述的装置结构示意图；图2为本实用新型实施例2所述装置的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本实用新型的具体实施步骤。实施例1 如图1，大功率脉冲光源1发出的脉冲光经过光纤耦合器2分成两部分， 一部分直接进入第一级的波分复用器4，另一部分通过传输光纤进入第二级的光纤耦合器 11 ；波分复用器4和光无源模块5相连，泵浦光源3发出的泵浦光经光纤耦合器13分光，一 部分进入光无源�？�5为其提供能量，另一部分通过传输光纤进入第二级光纤耦合器14， EDFA无源�？�5和隔离器6相连；第二级光纤耦合器11和14分别按照需要将脉冲光和泵 浦光输入第二级波分复用器7和光无源�？�8，其余光通过传输光纤传输至下一级光纤耦合器，连接端口 15可以根据实际需要连接多级中继放大�？�。光在探测光纤中传输时产生的后向散射光沿探测光纤后向传输，至各级中继放大 �？槭本璄DFA放大、波分复用器的滤光，分离得到携带温度信号的反斯托克斯光和作为参 考信号的斯托克斯光，从而完成后向散射光的提�。崛〕龅暮笙蛏⑸涔饨胱爸弥骰� 处理系统16，完成分布式光纤传感装置的信号处理工作。本实施例所述的装置可以用于分布式光纤温度传感装置，太功率脉冲光源发出波 长为1550nm的脉冲光，分级注入探测光纤中后会产生后向散射光，利用各级EDFA放大探测 光纤中产生的后向拉曼散射光，并通过各级的波分复用器将携带温度信号的反斯托克斯光 和作为参考信号的斯托克斯光分离出来，最终进入处理系统16进行后续处理。实施例2 如图2，大功率脉冲光源1发出的脉冲光经过光纤耦合器2分成两部分， 一部分直接进入第一级的环形器4，另一部分通过传输光纤进入第二级的光纤耦合器11 ； 环形器4和光无源�？�5相连，泵浦光源3发出的泵浦光经光纤耦合器13分光，一部分进 入光无源�？�5为其提供能量，另一部分通过传输光纤进入第二级光纤耦合器14，EDFA无 源�？�5和隔离器6相连；第二级光纤耦合器11和14分别按照需要将脉冲光和泵浦光输 入第二级环形器7和光无源�？�8，其余光通过传输光纤传输至下一级光纤耦合器，连接端 口 15可以根据实际需要连接多级中继放大�？椤１臼凳├龅淖爸每梢杂糜诜植际焦庀苏穸凶爸茫秃盼� KOHERASBoostiKTM Module高功率单频光纤激光器的大功率窄脉冲光源发出波长为1550nm 的脉冲光，分级注入探测光纤中后会产生后向散射光，利用各级EDFA放大探测光纤中产生 的后向瑞利散射光，并通过环形器4最终进入处理系统16进行后续处理。
权利要求1.一种超长距离分布式光纤传感装置，其特征在于所述的装置采用多级中继放大模 块，每级中继放大�？榘礁龉庀笋詈掀�、一个分光滤光器件和一个光无源�？椋淮蠊β� 脉冲光源发出的脉冲光经光纤耦合器的分光将探测所需的脉冲光输入第一级分光滤光器 件，其余脉冲光通过传输光纤输入第二级光纤耦合器，泵浦光源发出的泵浦光经光纤耦合 器分光后将所需的泵浦光输入光无源�？槲涮峁┠芰浚溆啾闷止馐淙氲诙抖杂Φ墓� 纤耦合器；级与级之间分离脉冲光的光纤耦合器和分离泵浦光的光纤耦合器分别通过一根 传输光纤相连，级与级之间光无源�？楹头止饴斯馄骷ü桓讲夤庀讼嗔�。
2.根据权利要求1所述的一种超长距离分布式光纤传感装置，其特征在于所述的第 二级中继放大�？榭迹考吨屑谭糯竽？榍埃黾右桓龈衾肫鳎欢肆犹讲夤庀耍欢� 连接分光滤光器件。
3.根据权利要求1所述的一种超长距离分布式光纤传感装置，其特征在于所述的中 继放大模块作为一个整体，嵌入两段探测光缆的连接处。
4.根据权利要求1所述的一种超长距离分布式光纤传感装置，其特征在于所述的每 一级的两个光纤耦合器，输出端的分光比可以根据光源的功率和需要探测的长度计算设定。
5.根据权利要求1所述的一种超长距离分布式光纤传感装置，其特征在于所述的分 光滤光器件为能把探测脉冲引入探测光缆，同时过滤所需后向散射光的器件，可以为波分 复用器、光纤耦合器或者环形器中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种超长距离分布式光纤传感装置，其特征在于所述的光 无源�？榭梢晕纛锕庀朔糯笃�。
专利摘要本实用新型公开了一种超长距离分布式光纤传感装置，采用多级中继放大�？椋蠊β事龀骞庠赐ü喔龉庀笋詈掀鞯陌幢壤峙浼按涔庀说拇洌旨督胩讲夤庀耍ǔざ仁迪痔讲夤饴龀宓摹霸俜糯蟆保佣凇霸础钡慕嵌壬咸岣吡讼低承旁氡龋灰环矫婵梢员苊獬薰夤β手苯咏胩讲夤饫碌贾路窍咝陨⑸涞奈侍猓灰环矫婵梢约跎倭獯涞贾碌母竽芰康乃鸷�。装置由于采用了分级设计，大大降低了对接收电路的接收灵敏度和动态范围的要求。另外装置采用了可扩展设计，可方便实现从短距离，到长距离，再到超长距离的探测。
文档编号G01D5/353GK201903355SQ20102058517
公开日2011年7月20日 申请日期2010年10月29日 优先权日2010年10月29日
发明者仝芳轩, 周正仙, 席刚, 皋魏, 郭兆坤 申请人:上海华魏光纤传感技术有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
