專利名稱：一種帶分布式放大的長(zhǎng)距離光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種傳感系統(tǒng)，特別涉及一種具有分布式放大特性的長(zhǎng)距離光纖振動(dòng) 傳感系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
二十一世紀(jì)是信息技術(shù)的時(shí)代，作為信息獲取的重要手段，傳感器技術(shù)越來(lái)越受 到人們的重視，并在社會(huì)生活中獲得了廣泛應(yīng)用。大至航空航天中的衛(wèi)星、宇宙飛船，小至 日常生活中的汽車、冰箱等，無(wú)不有著傳感器的身影。隨著半導(dǎo)體技術(shù)和現(xiàn)代光通信技術(shù)的發(fā)展，光纖傳感器由于具有抗電磁干擾，靈 敏度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等突出特點(diǎn)，在某些關(guān)鍵領(lǐng)域已經(jīng)逐漸替代傳統(tǒng)的傳感器類型，如電磁式 傳感器、電阻式傳感器等。在國(guó)防以及公共安全領(lǐng)域，傳感器扮演了重要的角色，如消防上用的溫度傳感器， 監(jiān)測(cè)周界安全的振動(dòng)傳感器等。我國(guó)有著廣闊的邊境線，隨著對(duì)外開放的逐步深入，偷渡、 販毒等事件時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重威脅到國(guó)家安全?，F(xiàn)有的周界安防系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)范圍小，靈敏度低， 定位精度差，不能滿足邊境安防的需要。如孫琪真，劉德明等人“基于環(huán)結(jié)構(gòu)的新型分布式 光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)”，物理學(xué)報(bào)，Vol 56(10)，2007。能夠?qū)﹂L(zhǎng)度為1. OlKm的長(zhǎng)度內(nèi)進(jìn)行監(jiān) 測(cè)，空間分辨率為40m。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的所要解決的技術(shù)方案是提供一種帶分布式放大的長(zhǎng)距離光纖振動(dòng)傳感 系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)的不足。為解決上述技術(shù)方案，本發(fā)明提供一種帶分布式放大的長(zhǎng)距離光纖振動(dòng)傳感系 統(tǒng)，包括拉曼泵浦激光器、用于向傳感光纜輸出泵浦光；種籽激光器、用于輸出激光；調(diào)制 器、連接所述種籽激光器，用于將所述種籽激光器輸出的激光調(diào)制成脈沖信號(hào)；環(huán)形器、連 接所述調(diào)制器，能夠?qū)⑺稣{(diào)制器輸出的脈沖信號(hào)輸入所述傳感光纜，并接收由在所述傳 感光纜內(nèi)被所述拉曼泵浦激光器分布式放大的所述脈沖信號(hào)發(fā)生背向散射而形成的干涉 光；光纖放大濾波器、連接所述環(huán)形器，用于將所述環(huán)形器接收的干涉光進(jìn)行放大濾波處 理；光電轉(zhuǎn)換器、連接所述光纖放大濾波器，用于將所述光纖放大濾波器處理后的干涉光信 號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；采集器、連接所述光電轉(zhuǎn)換器，用于采集所述電信號(hào)；信號(hào)處理器、連接 所述采集器，處理所述采集器采集后的電信號(hào)，并根據(jù)處理結(jié)果判斷是否需要報(bào)警。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案之一，所述種籽激光器中心波長(zhǎng)為1550nm、C波段或L波 段，線寬為KHz數(shù)量級(jí)至MHz數(shù)量級(jí)。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案之一，所述拉曼泵浦激光器與種籽激光器波長(zhǎng)相匹配。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案之一，所述光纖放大濾波器包括光纖放大器及濾波器；所 述光纖放大器中心波長(zhǎng)與所述種籽激光器相匹配，所述濾波器中心波長(zhǎng)與光纖放大器中心 波長(zhǎng)相匹配。
作為本發(fā)明的優(yōu)選方案之一，所述光電轉(zhuǎn)換器為PIN或APD。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案之一，所述信號(hào)處理器還連接所述調(diào)制器，以便向所述調(diào) 制器發(fā)送起始信號(hào)。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案之一，所述調(diào)制器為聲光調(diào)制器或電光調(diào)制器。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案之一，所述帶分布式放大的長(zhǎng)距離光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)還包 括波分復(fù)用器；所述環(huán)形器連接所述波分復(fù)用器，所述拉曼泵浦激光器通過一第一隔離器 亦連接所述波分復(fù)用器，所述波分復(fù)用器所述傳感光纜，形成前向泵浦，所述調(diào)制器通過一 第二隔離器連接所述環(huán)形器。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案之一，所述環(huán)形器連接所述傳感光纜的一端，所述拉曼泵 浦激光器通過一第三隔離器連接所述傳感光纜的另一端，形成后向泵浦，所述調(diào)制器通過 一第四隔離器連接所述環(huán)形器。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案之一，所述帶分布式放大的長(zhǎng)距離光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)還包 括波分復(fù)用器及耦合器；所述波分復(fù)用器連接所述環(huán)形器及所述傳感光纜的一端，所述拉 曼泵浦激光器通過一第五隔離器連接所述耦合器，所述耦合器連接所述波分復(fù)用器及所述 傳感光纜的另一端，以形成雙向泵浦，所述調(diào)制器通過一第六隔離器連接所述環(huán)形器。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案之一，所述的波分復(fù)用器的中心波長(zhǎng)與所述種籽激光器及 所述拉曼泵浦激光器相匹配。本發(fā)明的有益效果在于能夠?qū)﹂L(zhǎng)距離的邊境線進(jìn)行監(jiān)測(cè)(最長(zhǎng)可至IOOKm以 上)，靈敏度高，定位精度準(zhǔn)確。


圖1為本發(fā)明一較佳實(shí)施例的模塊示意圖。圖2為本發(fā)明另一較佳實(shí)施例的模塊示意圖。圖3為本發(fā)明另一較佳實(shí)施例的模塊示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。實(shí)施例一本實(shí)施例中，拉曼泵浦激光器前向泵浦，請(qǐng)參閱圖1，一種帶分布式放大的長(zhǎng)距離 光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)，包括順次連接的種籽激光器、聲光調(diào)制器、第二隔離器、環(huán)形器、光纖放 大器、濾波器、光電轉(zhuǎn)換器、采集器、及信號(hào)處理器，其還包括順次連接的拉曼泵浦激光器、 第一隔離器、及波分復(fù)用器，其中，環(huán)形器與波分復(fù)用器連接，信號(hào)處理器與聲光調(diào)制器連 接，波分復(fù)用器整合種籽激光器及拉曼泵浦激光器的輸出光后輸入傳感光纜的一端，形成 前向泵浦。信號(hào)處理器能夠向聲光調(diào)制器發(fā)送起始信號(hào)，起始信號(hào)包括調(diào)制頻率及調(diào)制寬度 等信息，以使聲光調(diào)制器按要求調(diào)制信號(hào)，種籽激光器發(fā)出的激光經(jīng)聲光調(diào)制器調(diào)制成脈 沖信號(hào)后經(jīng)環(huán)形器輸入波分復(fù)用器后進(jìn)入傳感光纜，拉曼泵浦激光器輸出的泵浦光經(jīng)第一 隔離器后亦輸入波分復(fù)用器后進(jìn)入傳感光纜。種籽激光器發(fā)出的激光，在傳感光纜中，被拉 曼泵浦激光分布式放大，同時(shí)，放大后的激光，與傳感光纜相互作用，發(fā)生瑞利散射現(xiàn)象，由于本實(shí)施例的模塊設(shè)置，僅同一個(gè)脈沖寬度傳輸范圍內(nèi)的背向瑞利散射光，會(huì)發(fā)生干涉現(xiàn) 象，產(chǎn)生干涉光。干涉光經(jīng)波分復(fù)用器、環(huán)形器后被光纖放大器放大，并經(jīng)過濾波器濾波后， 被光電轉(zhuǎn)換器接收，由光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，采集器將光電轉(zhuǎn)換后的信號(hào)采集，并送入 信號(hào)處理器進(jìn)行信號(hào)處理，第二隔離器及第一隔離器用于防止背向散射的干涉光影響種籽 激光器及拉曼泵浦激光器的輸出。由于外界微小的振動(dòng)會(huì)引起傳感光纜纖芯折射率以及長(zhǎng)度發(fā)生變化，進(jìn)而引起同 一個(gè)脈沖寬度內(nèi)的背向瑞利散射光相位差發(fā)生變化，則背向散射產(chǎn)生的干涉光信號(hào)會(huì)發(fā)生 顯著變化，這種變化經(jīng)過光纖放大器放大并經(jīng)過濾波器處理濾除噪聲后得以放大，并經(jīng)采 集器采樣后輸入信號(hào)處理器，信號(hào)處理器能夠根據(jù)預(yù)設(shè)的信息做出判斷，得到振動(dòng)發(fā)生的 位置和強(qiáng)度，并在傳感光纜出現(xiàn)險(xiǎn)情時(shí)報(bào)警。實(shí)施例二本實(shí)施例中，拉曼泵浦激光器后向泵浦，請(qǐng)參閱圖2，一種帶分布式放大的長(zhǎng)距離 光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)，包括順次連接的種籽激光器、聲光調(diào)制器、第四隔離器、環(huán)形器、光纖放 大器、濾波器、光電轉(zhuǎn)換器、采集器、及信號(hào)處理器，其還包括順次連接的拉曼泵浦激光器、 及第三隔離器，其中，環(huán)形器與第四隔離器連接，第四隔離器連接傳感光纜的一端，第三隔 離器連接傳感光纜的另一端，信號(hào)處理器與聲光調(diào)制器連接。拉曼泵浦激光器輸出的泵浦 光與種籽激光器輸出后經(jīng)調(diào)制的形成的脈沖信號(hào)分別輸入傳感光纜的兩端，形成后向泵 浦。信號(hào)處理器能夠向聲光調(diào)制器發(fā)送起始信號(hào)，起始信號(hào)包括調(diào)制頻率及調(diào)制寬度 等信息，以使聲光調(diào)制器按要求調(diào)制信號(hào)，種籽激光器發(fā)出的激光經(jīng)聲光調(diào)制器調(diào)制成脈 沖信號(hào)后經(jīng)環(huán)形器進(jìn)入傳感光纜的一端，拉曼泵浦激光器輸出的泵浦光經(jīng)第三隔離器后輸 入傳感光纜的另一端。種籽激光器發(fā)出的激光，在傳感光纜中，被拉曼泵浦激光分布式放 大，同時(shí)，放大后的激光，與傳感光纜相互作用，發(fā)生瑞利散射現(xiàn)象，由于本實(shí)施例的模塊設(shè) 置，僅同一個(gè)脈沖寬度傳輸范圍內(nèi)的背向瑞利散射光，會(huì)發(fā)生干涉現(xiàn)象，產(chǎn)生干涉光。干涉 光經(jīng)環(huán)形器后被光纖放大器放大，并經(jīng)過濾波器濾波后，被光電轉(zhuǎn)換器接收，由光電轉(zhuǎn)換器 轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，采集器將光電轉(zhuǎn)換后的信號(hào)采集，并送入信號(hào)處理器進(jìn)行信號(hào)處理，第四隔 離器及第三隔離器用于防止背向散射的干涉光影響種籽激光器及拉曼泵浦激光器的輸出。由于外界微小的振動(dòng)會(huì)引起傳感光纜纖芯折射率以及長(zhǎng)度發(fā)生變化，進(jìn)而引起同 一個(gè)脈沖寬度內(nèi)的背向瑞利散射光相位差發(fā)生變化，則背向散射產(chǎn)生的干涉光信號(hào)會(huì)發(fā)生 顯著變化，這種變化經(jīng)過光纖放大器放大并經(jīng)過濾波器處理濾除噪聲后得以放大，并經(jīng)采 集器采樣后輸入信號(hào)處理器，信號(hào)處理器能夠根據(jù)預(yù)設(shè)的信息做出判斷，得到振動(dòng)發(fā)生的 位置和強(qiáng)度，并在傳感光纜出現(xiàn)險(xiǎn)情時(shí)報(bào)警。實(shí)施例三本實(shí)施例中，拉曼泵浦激光器雙向泵浦，請(qǐng)參閱圖3，一種帶分布式放大的長(zhǎng)距離 光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)，包括順次連接的種籽激光器、聲光調(diào)制器、第六隔離器、環(huán)形器、光纖放 大器、濾波器、光電轉(zhuǎn)換器、采集器、及信號(hào)處理器，其還包括拉曼泵浦激光器、與拉曼泵浦 激光器連接的第五隔離器，與第五隔離器連接的耦合器，及與耦合器連接的波分復(fù)用器，且 波分復(fù)用器連接傳感光纜的一端，耦合器連接傳感光纜的另一端，使得拉曼泵浦激光器輸 出的泵浦光分別輸入傳感光纜兩端，形成雙向泵浦。
信號(hào)處理器能夠向聲光調(diào)制器發(fā)送起始信號(hào)，起始信號(hào)包括調(diào)制頻率及調(diào)制寬度 等信息，以使聲光調(diào)制器按要求調(diào)制信號(hào)，種籽激光器發(fā)出的激光經(jīng)聲光調(diào)制器調(diào)制成脈 沖信號(hào)后經(jīng)環(huán)形器后再經(jīng)波分復(fù)用器進(jìn)入傳感光纜的一端，拉曼泵浦激光器輸出的泵浦光 經(jīng)第五隔離器及耦合器后分成兩束，一束經(jīng)過波分復(fù)用器進(jìn)入傳感光纜的一端，一束輸入 傳感光纜的另一端。種籽激光器發(fā)出的激光，在傳感光纜中，被拉曼泵浦激光分布式放大， 同時(shí)，放大后的激光，與傳感光纜相互作用，發(fā)生瑞利散射現(xiàn)象，由于本實(shí)施例的模塊設(shè)置， 僅同一個(gè)脈沖寬度傳輸范圍內(nèi)的背向瑞利散射光，會(huì)發(fā)生干涉現(xiàn)象，產(chǎn)生干涉光。干涉光經(jīng) 波分復(fù)用器、及環(huán)形器后被光纖放大器放大，并經(jīng)過濾波器濾波后，被光電轉(zhuǎn)換器接收，由 光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，采集器將光電轉(zhuǎn)換后的信號(hào)采集，并送入信號(hào)處理器進(jìn)行信號(hào) 處理，第六隔離器及第五隔離器用于防止背向散射的干涉光影響種籽激光器及拉曼泵浦激 光器的輸出。由于外界微小的振動(dòng)會(huì)引起傳感光纜纖芯折射率以及長(zhǎng)度發(fā)生變化，進(jìn)而引起同 一個(gè)脈沖寬度內(nèi)的背向瑞利散射光相位差發(fā)生變化，則背向散射產(chǎn)生的干涉光信號(hào)會(huì)發(fā)生 顯著變化，這種變化經(jīng)過光纖放大器放大并經(jīng)過濾波器處理濾除噪聲后得以放大，并經(jīng)采 集器采樣后輸入信號(hào)處理器，信號(hào)處理器能夠根據(jù)預(yù)設(shè)的信息做出判斷，得到振動(dòng)發(fā)生的 位置和強(qiáng)度，并在傳感光纜出現(xiàn)險(xiǎn)情時(shí)報(bào)警。在上述三個(gè)實(shí)施例中，種籽激光器中心波長(zhǎng)為1550nm、C波段、L波段、或其它波 長(zhǎng)，線寬為KHz量級(jí)至MHz ；聲光調(diào)制器，也可為電光調(diào)制器，統(tǒng)稱為調(diào)制器；拉曼泵浦激光 器與種籽激光器波長(zhǎng)相匹配；波分復(fù)用器的中心波長(zhǎng)與種籽激光器和拉曼泵浦激光器相匹 配；光纖放大器與濾波器可統(tǒng)稱為光纖放大濾波器，光纖放大器中心波長(zhǎng)與種籽激光器相 匹配，濾波器中心波長(zhǎng)與光纖放大器中心波長(zhǎng)相匹配；光電轉(zhuǎn)換器可為PIN，也可為APD以 及其它光電轉(zhuǎn)換器件。由于本發(fā)明采用背向瑞利散射光產(chǎn)生的干涉光來(lái)進(jìn)行定位，因而，其定位精度高， 靈敏度高；并且，采用了拉曼泵浦激光器與種籽激光器相結(jié)合，使得脈沖信號(hào)在傳感光纜 內(nèi)逐漸放大，保證了長(zhǎng)距離的傳輸，使得本發(fā)明提供的系統(tǒng)監(jiān)測(cè)距離大大提高，可對(duì)最長(zhǎng)至 IOOKm以上的距離進(jìn)行監(jiān)測(cè)。以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明而非限制本發(fā)明的技術(shù)方案。不脫離本發(fā)明精神和范圍的 任何修改或局部替換，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
一種帶分布式放大的長(zhǎng)距離光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)，其特征在于，包括拉曼泵浦激光器、用于向傳感光纜輸出泵浦光；種籽激光器、用于輸出激光；調(diào)制器、連接所述種籽激光器，用于將所述種籽激光器輸出的激光調(diào)制成脈沖信號(hào)；環(huán)形器、連接所述調(diào)制器，能夠?qū)⑺稣{(diào)制器輸出的脈沖信號(hào)輸入所述傳感光纜，并接收由在所述傳感光纜內(nèi)被所述拉曼泵浦激光器分布式放大的所述脈沖信號(hào)發(fā)生背向散射而形成的干涉光；光纖放大濾波器、連接所述環(huán)形器，用于將所述環(huán)形器接收的干涉光進(jìn)行放大濾波處理；光電轉(zhuǎn)換器、連接所述光纖放大濾波器，用于將所述光纖放大濾波器處理后的干涉光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；采集器、連接所述光電轉(zhuǎn)換器，用于采集所述電信號(hào)；信號(hào)處理器、連接所述采集器，處理所述采集器采集后的電信號(hào)，并根據(jù)處理結(jié)果判斷是否需要報(bào)警。
2.如權(quán)利要求1所述的帶分布式放大的長(zhǎng)距離光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)，其特征在于所述 種籽激光器中心波長(zhǎng)為1550nm、C波段或L波段，線寬為KHz數(shù)量級(jí)至MHz數(shù)量級(jí)。
3.如權(quán)利要求1所述的帶分布式放大的長(zhǎng)距離光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)，其特征在于所述 拉曼泵浦激光器與種籽激光器波長(zhǎng)相匹配。
4.如權(quán)利要求1所述的帶分布式放大的長(zhǎng)距離光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)，其特征在于所述 光纖放大濾波器包括光纖放大器及濾波器；所述光纖放大器中心波長(zhǎng)與所述種籽激光器相 匹配，所述濾波器中心波長(zhǎng)與光纖放大器中心波長(zhǎng)相匹配；所述光電轉(zhuǎn)換器為PIN或APD。
5.如權(quán)利要求1所述的帶分布式放大的長(zhǎng)距離光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)，其特征在于所述 信號(hào)處理器還連接所述調(diào)制器，以便向所述調(diào)制器發(fā)送起始信號(hào)。
6.如權(quán)利要求1或5所述的帶分布式放大的長(zhǎng)距離光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)，其特征在于 所述調(diào)制器為聲光調(diào)制器或電光調(diào)制器。
7.如權(quán)利要求1所述的帶分布式放大的長(zhǎng)距離光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)，其特征在于還包 括波分復(fù)用器；所述環(huán)形器連接所述波分復(fù)用器，所述拉曼泵浦激光器通過一第一隔離器 亦連接所述波分復(fù)用器，所述波分復(fù)用器連接所述傳感光纜，形成前向泵浦，所述調(diào)制器通 過一第二隔離器連接所述環(huán)形器。
8.如權(quán)利要求1所述的帶分布式放大的長(zhǎng)距離光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)，其特征在于所述 環(huán)形器連接所述傳感光纜的一端，所述拉曼泵浦激光器通過一第三隔離器連接所述傳感光 纜的另一端，形成后向泵浦，所述調(diào)制器通過一第四隔離器連接所述環(huán)形器。
9.如權(quán)利要求1所述的帶分布式放大的長(zhǎng)距離光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)，其特征在于還包 括波分復(fù)用器及耦合器；所述波分復(fù)用器連接所述環(huán)形器及所述傳感光纜的一端，所述拉 曼泵浦激光器通過一第五隔離器連接所述耦合器，所述耦合器連接所述波分復(fù)用器及所述 傳感光纜的另一端，以形成雙向泵浦，所述調(diào)制器通過一第六隔離器連接所述環(huán)形器。
10.如權(quán)利要求7或9所述的帶分布式放大的長(zhǎng)距離光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)，其特征在于 所述的波分復(fù)用器的中心波長(zhǎng)與所述種籽激光器及所述拉曼泵浦激光器相匹配。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種帶分布式放大的長(zhǎng)距離光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)，包括拉曼泵浦激光器；種籽激光器；調(diào)制器、連接所述種籽激光器；環(huán)形器、連接所述調(diào)制器；光纖放大濾波器、連接所述環(huán)形器；光電轉(zhuǎn)換器、連接所述光纖放大濾波器；采集器、連接所述光電轉(zhuǎn)換器；信號(hào)處理器、連接所述采集器。本發(fā)明的有益效果在于能夠?qū)﹂L(zhǎng)距離的邊境線進(jìn)行監(jiān)測(cè)，靈敏度高，定位精度準(zhǔn)確。
文檔編號(hào)G01H9/00GK101893476SQ20101012249
公開日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月11日
發(fā)明者仝芳軒, 劉亮, 周正仙, 席剛, 皋魏, 齊龍舟 申請(qǐng)人:上海華魏光纖傳感技術(shù)有限公司