一种光纤振动检测系统及光纤振动检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及信号检测领域，尤其是涉及一种光纤振动检测系统及光纤振动检测方法。
【背景技术】
[0002]大型工程结构健康监测、输油管线保护、地质灾害预防等都需要采集振动信号，基于相干瑞利技术(Φ-OTDR)的分布式光纤振动传感器由于具有传统传感器不可比拟的优势而成为了研究的热点。目前该技术主要应用于围栏入侵检测、长输油气管道检测、边界安防等领域，而且取得了不错的应用效果，但是随着检测距离的延长，光信号变得很弱，尤其是后向瑞利散射光信号变得极为微弱，这为信号的检测带来很大的困难。
[0003]目前为了解决随着检测距离的延长光信号变得很弱，尤其是后向瑞利散射光信号变得极为微弱的这一问题，以单一的提高入纤光功率或前置放大器的增益系数的方式。但是提高入纤光功率将会导致脉冲能量过高，当脉冲光信号超过布里渊效应阈值时会激起受激布里渊效应，导致光功率在光纤前端急剧下降，反而降低了传感距离。为解决该问题，目前公开了基于掺铒光纤放大方法以延长光纤传感系统监测距离的方法，但是需要占用多条光纤用以传输栗浦光，造成资源浪费，反而延长检测距离的效果有限，因此，很多实际生产需求仍然不能满足。
【发明内容】
[0004]本发明通过提供一种光纤振动检测系统及光纤振动检测方法，解决了现有技术造成资源浪费且延长检测距离的效果有限的技术问题。
[0005]第一方面，本发明实施例提供了一种光纤振动检测系统，包括:光纤振动传感器，上位机，远程增益模块，第一传感光纤，第二传感光纤；
[0006]所述光纤振动传感器与所述上位机连接；
[0007]所述光纤振动传感器包括第一环形器、N个栗浦光源和第一波分复用器，N为大于I的整数，其中，所述第一环形器与所述第一波分复用器连接，所述N个栗浦光源与所述第一波分复用器连接，所述第一波分复用器通过所述第一传感光纤连接至所述远程增益模块，所述远程增益模块还与所述第二传感光纤相连接；
[0008]其中，从所述第一环形器发出的信号光与从所述N个栗浦光源发出的栗浦光一起经过所述第一波分复用器之后进入所述远程增益模块，通过所述远程增益模块将所述栗浦光下载下来用于所述信号光的放大。
[0009]优选的，所述远程增益模块包括:第二波分复用器，滤波器，第二环形器，第三波分复用器，耦合器，第四波分复用器，第三环形器，第五波分复用器；
[0010]所述第一波分复用器通过所述第一传感光纤连接至所述第二波分复用器，所述第二波分复用器连接至所述滤波器，所述滤波器连接至所述第二环形器，所述第二环形器连接至所述第三波分复用器，所述第三波分复用器连接至所述第三环形器，所述第三波分复用器还连接至所述耦合器，所述耦合器连接至所述第四波分复用器和所述第二波分复用器，所述第四波分复用器连接至所述第三环形器，所述第二波分复用器还与所述第五波分复用器相连接，所述第三环形器连接至所述第五波分复用器。
[0011]优选的，所述远程增益模块包括N个远程增益子模块依次串联而成；
[0012]相邻两个所述远程增益子模块之间通过传感光纤连接，其中，第η远程增益子模块将第η栗浦光源发出的栗浦光分离出来用于所述第η远程增益子模块对所述信号光的放大，η依次取I至N。
[0013]第二方面，本发明实施例提供了一种光纤振动检测方法，应用于第一方面所述的光纤振动检测系统中，所述光纤振动检测方法包括如下步骤:
[0014]所述信号光与所述N个栗浦光源发出的栗浦光一起进入所述第一传感光纤传输到所述远程增益模块后，第一远程增益子模块接收通过所述第一传感光纤传输来的栗浦光和信号光；
[0015]在第η栗浦光源发出的栗浦光的激励下，第η远程增益子模块对所述信号光进行放大，η依次取I至N ;
[0016]第N远程增益子模块通过所述第二传感光纤传输来的向后瑞利散射光信号；
[0017]在第η栗浦光源发出的栗浦光的激励下，第η远程增益子模块对所述向后瑞利散射光信号进行放大，η依次取I至N，其中，所述向后瑞利散射光信号为所述信号光产生。
[0018]本发明提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点:
[0019]由于本发明实施例采用了光纤振动传感器的第一波分复用器通过传感光纤连接至远程增益模块，远程增益模块将栗浦光源发出的栗浦光分离出来，同时与传感光纤相连接，由此传感光纤间串接远程增益模块提高了光纤振动传感系统的监测距离，这种同纤遥栗放大方式对每段传感光纤集中式放大有效增强了用于检测的光信号，解决了现有技术造成资源浪费且延长检测距离的效果有限的技术问题，从而提高了远距离光纤振动检测的准确率。
[0020]进一步，遥栗放大方式会将正向传输的光信号和反向传输的瑞利散射光信号同时放大，对于信号光使用前向栗浦方式，对于后向瑞利散射光信号使用后向栗浦方式，由此这种栗浦结构不仅使得信号光的噪声性能好而且后向瑞利散射光可以获得较高的增益系数。
【附图说明】
[0021]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0022]图1为本发明实施例中光纤振动检测系统的架构图；
[0023]图2为本发明实施例中远程增益模块的结构图；
[0024]图3为本发明实施例中光纤振动检测方法的流程图。
【具体实施方式】
[0025]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0026]参考图1所示，本发明实施例提供的一种光纤振动检测系统，包括:光纤振动传感器1，上位机2，第一传感光纤3，第二传感光纤4，远程增益模块5，其中，光纤振动传感器I与上位机2连接，光纤振动传感器I通过第一传感光纤3与远程增益模块5连接，远程增益模块5还与第二传感光纤4连接。
[0027]具体的，光纤振动传感器I包括:第一环形器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个栗浦光源，第一波分复用器13。其中，第一环形器11连接至第一波分复用器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均与第一波分复用器13连接，第一波分复用器13通过第一传感光纤3连接到远程增益模块5。由此，第一环形器11产生的信号光从第一波分复用器13的一端口进入第一波分复用器13，N个栗浦光源12-1、12-2...至12-N发出N种不同波长的栗浦光，N种波长的栗浦光从第一波分复用器13的N个端口进入第一波分复用器13，由第一波分复用器13将N种波长的栗浦光与信号光进行光耦合后进入第一传感光纤3并一起在第一传感光纤3中传输。
[0028]具体的，N为大于I的整数，比如，有2个栗浦光源，3个栗浦光源等等均可以。
[0029]远程增益模块5接收到第一传感光纤3内正向传输的信号光和正向传输的N种波长的栗浦光后，远程增益模块5将N种波长的栗浦光分别对应下载下来对正向传输的信号光进行放大。
[0030]具体的，远程增益模块5由第一远程增益子模块5-1、第二远程增益子模块5-2...至第N远程增益子模块5-N共N个远程增益子模块通过传感光纤串联而成。依次的，第一波分复用器13通过第一传感光纤3连接至第一远程增益子模块5-1，依次的，第一远程增益子模块5-1通过一段传感光纤连接至第二远程增益子模块5-2，第二远程增益子模块5-2通过又一段传感光纤连接至第三远程增益子模块(未图示)等等，最后的，第N远程增益子模块5-N连接至第二传感光纤4，从而将经过第N远程增益子模块5-N放大后的信号光通过第二传感光纤4传输到下一级装置。
[0031]具体来讲，第一远程增益子模块5-1接收到第一传感光纤3内正向传输的信号光和正向传输的来自N个栗浦光源的N种波长的栗浦光，则第一远程增益子模块5-1将与第一远程增益子模块5-1对应的一种波长的栗浦光下载下来对正向传输的信号光进行第一次放大，将剩余的N-1种波长的栗浦光继续通过一段传感光纤传输至第二远程增益子模块5-2ο第二远程增益子模块5-2将与第二远程增益子模块5-2对应的一种波长的下载下来对正向传输的信号光进行第二次放大，将剩余的N-2种波长的栗浦光继续通过一段传感光纤传输至第三远程增益子模块(未图示)，依次进行下去，串联在最末端的第N远程增益子模块5-N将从最后一种波长的栗浦光下载下来对信号光进行最后一次放大后通过第二传感光纤4传输到下一级装置。
[0032]具体的，光纤振动传感器I为基于相干瑞利散射技术(Φ-OTDR)的分布式振动传感器，光纤振动传感器I将耦合后的光通过第一传感光纤3传输到N个远程增益子模块串联而成的远程增益模块5，由此在第一传感光纤3与第二传感光纤4之间通过多段传感光纤串联的多个远程增益子模块延长了 Φ-OTDR传感距离。
[0033]下面，参考图2所示，第一远程增益子模块5-1、第二远程增益子模块5-2…至第N远程增益子模块5-N中每个远程增益子模块均包括:第二波分复用器51，滤波器52，第二环形器53，第三波分复用器54，耦合器55，第四波分复用器56，第三环形器57，第五波分复用器58。
[0034]其中，第二波分复用器51连接至滤波器52，滤波器5