一種基于差分放大技術的分布式傳感系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及的是分布式光纖傳感技術——分布式布里淵時域分析傳感系統中的解調技術，具體是將其應用于一種分布式布里淵時域分析傳感系統中，形成了一種基于差分放大解調的分布式光纖傳感系統。
【背景技術】
[0002]分布式光纖傳感技術在近年來，隨著油氣管道、高鐵、大型建筑等的高速發展，其安全越來越受到各界關注，而分布式光纖傳感技術由于其本身大量的優點，使得其成為長距離、惡劣環境下進行外界信息感知的關鍵技術。而布里淵時域分析技術正是分布式光纖傳感技術大家庭中的一員，其主要功能是用來利用布里淵頻移(布里淵散射光與瑞利散射光之間的光頻差值)的溫度、應變線性敏感性，能夠實現長距離、高精度的溫度和應變傳感根據光纖中布里淵散射的不同機理，布里淵分布式光纖傳感器主要分為兩類:基于自發布里淵散射的布里淵光時域反射計和基于受激布里淵散射的分布式光纖傳感儀。和自發布里淵反射計相比，在受激布里淵散射時域分析系統中信號的檢測較容易，信號較強、動態范圍大、測量精度高，在世界范圍內的研究投入較大一些，技術也較為成熟。由于長距離的布里淵時域分析系統需要采集大量的數據，需要使用數據采集卡進行數據采集，數據中有很大的直流分量沒有被去除，而數據采集卡的量程不可調，在直流分量很大的時候，產生了很大的量化誤差。
【發明內容】
[0003]鑒于數據采集卡量化噪聲較大的不足，本發明的目的是提供一種有效的差分放大的方法將數據采集卡采集到的信號，減去直流分量，在特定的幅值范圍內放大，降低量化噪聲，提高測量準確度。
[0004]本發明的目的是基于如下分析和方案提出和實現的:
[0005]一種基于差分放大技術的分布式光纖傳感系統，由光路檢測和電路解調兩部分組成；光路上采用兩種不同頻率的微波信號調制到信號光上:一路微波信號的頻率在布里淵頻移頻率(10.4-10.8GHz)內，另一路微波信號的頻率較布里淵頻移頻率稍低(1GHz);電路上則采用功分器將兩路信號分開并分別濾波、解調，再進行差分放大的方式將解調后的信號放大，實現減去直流分量，減小量化噪聲的目的，其具體結構為:
[0006]可調分布式反饋激光器I輸出的連續光經光耦合器2后分為兩路，一路由聲光調制器3調制后進入到摻鉺光纖放大器4進行放大，經光濾波器5濾波進入光環形器11 ?’另一路光經偏振控制器6進入電光調制器7之后進入偏振擾偏器8、光隔離器9，然后作為探測光進入傳感光纖10后進入光環形器11 ;通過光環形器11，栗浦光與探測光在傳感光纖中相遇，產生受激布里淵放大之后通過環形器進入接收端，即經摻鉺光纖放大器12、光濾波器13后，由光電探測器14(帶寬1GHz)將光信號轉換為電信號；之后再在混頻器18中與壓電振蕩器19產生的本振信號(9.8GHz)混頻，實現降頻，通過放大器20放大進入功分器21后分成兩路信號，分別通過兩個不同通頻帶的帶通濾波器(22和23)和兩個對數檢波器(24和25)將信號分別解調出來，兩路信號再同時進入差分放大器26，實現差分放大，減去直流分量，之后用數據采集卡27采集并用上位機28處理；所述功分器17接收兩個微波源(15和16)混合產生一個調制電光調制器7的微波調制信號。
[0007]采用本發明的結構，可以將數據采集卡采集到的信號在特定幅度區間進行放大，解決了數據采集卡由于自身量程限制，在直流分量很大的時候，不能調整放大檔位的問題。在分布式布里淵時域分析傳感系統中，在上位機上安裝的數據采集卡量程受限，不能滿足數據采集對精確度的需求，降低了系統的測量的準確性。本發明很好地解決了該系統精確度受制于數據采集卡量程的問題。本裝置工作穩定，在多次測量中都能較準確的測量出溫度(或應力)變化的位置和溫度值(或應力值)。
[0008]在本發明裝置中，由于在電光調制器7上調制了兩種頻率的微波信號:一種為10GHz，不在布里淵增益范圍內；另一種為掃頻信號，頻率在10.4GHz到10.8GHz之間，在布里淵增益范圍內。經過光路后，在接收端，被不同通頻帶的電帶通濾波器分別濾波，再經過差分放大器時，由于只有一路信號經過了布里淵放大，可以與另一路未經布里淵放大的信號相減，從而得到了需要的、附帶傳感信息的信號，并且該信號經過差分放大器放大，減去了直流分量，從而提高了信噪比，減小了量化誤差。本裝置工作穩定，在多次測量中都能較準確的測量出溫度(或應力)變化的位置和溫度值(或應力值)。
【附圖說明】
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[0009]圖1為本發明的系統結構圖；
[0010]圖2為40Km光纖的末端加上80°C的溫度時的時域曲線圖，其中(a)圖為未使用差分放大方式解調的時域曲線，(b)圖為使用差分放大方式解調的時域曲線。
[0011]圖3為40Km光纖的末端加上80°C的溫度時的頻域曲線圖，其中(a)圖為未使用差分放大方式解調的整體頻域曲線，(b)圖為使用差分放大方式解調的整體頻域曲線。
[0012]圖4為40Km光纖的末端加上80°C的溫度時的距離-溫度曲線圖，其中(a)圖為未使用差分放大方式解調的整體曲線，(b)圖為使用差分放大方式解調的整體曲線。
【具體實施方式】
[0013]下面結合附圖對本發明作進一步的描述。
[0014]圖1為本發明的一種基于差分放大方式的分布式光纖傳感系統結構圖，如圖所示，系統由光路和電路兩部分組成。可調分布式反饋激光器I輸出的連續光經光耦合器2后分為兩路，一路由聲光調制器3 (在聲光調制器中注入脈沖信號)調制后進入到摻鉺光纖放大器4進行放大，之后由光濾波器5濾波，再進入光纖；另一路由光經過偏振控制器6后進入電光調制器7之后進入偏振擾偏器8與光隔離器9，然后作為探測光進入傳感光纖10。通過環形器11，栗浦光與探測光在傳感光纖中相遇，產生受激布里淵放大，之后通過環形器進入接收端，通過摻鉺光纖放大器12和光濾波器13后，由光電探測器14(帶寬1GHz)將光信號轉換為電信號，再與有壓電振蕩器18產生的本振信號(9.8GHz)混頻，實現降頻，通過放大器20放大后進入功分器21分成兩路信號，分別通過不同頻率的兩個帶通濾波器(22和23)，再進入兩個對數檢波器(24和25)將信號解調出來，兩路信號再同時進入差分放大器26，實現差分放大，減去直流分量，之后用數據采集卡27采集并用上位機28處理。所述功分器17接收兩個微波源(15和16)混合產生一個調制電光調制器7的微波調制信號。
[0015]實施時，兩個微波源(15和16)的輸出功率要相同，微波源15的輸出頻率調整為10GHz，微波源16進行掃頻，掃頻范圍為10.4GHz到10.8GHz。在接收端，兩個電帶通濾波器的通頻帶分別為500-3000MHZ (帶通濾波器22)、150_250MHz (帶通濾波器23)，以保證兩個不同頻率成分能夠被分開。
[0016]圖2為40Km光纖的末端加上80°C的溫度時的時域曲線圖，其中(a)圖為未使用差分放大方式解調的時域曲線，(b)圖為使用差分放大方式解調的時域曲線。
[0017]圖3為40Km光纖的末端加上80°C的溫度時的頻域曲線圖，其中(a)圖為未使用差分放大方式解調的頻域曲線，(b)圖為使用差分放大方式解調的頻域曲線。
[0018]圖4為40Km光纖的末端加上80°C的溫度時的末端溫度曲線圖，其中(a)圖為未使用差分放大方式解調的末端曲線，(b)圖為使用差分放大方式解調的末端曲線。
[0019]從上面測試結果可以看見，采用差分放大的解調方式能夠有效地減小曲線的量化誤差，并且在最終的測量結果上，能夠減小溫度測量的誤差。
[0020]本發明的有益效果是:
[0021]1.該裝置適用于采用分布式光纖傳感系統。采用差分放大的方式，優點在于:可以有效地減去直流分量，減小量化誤差，使測量結果更準確。本裝置工作穩定，在多次測量中都能較準確的測量出溫度(或應力)變化的位置和溫度值(或應力值)。
【主權項】
1.一種基于差分放大技術的分布式傳感系統，其特征在于，由光路檢測和電路解調兩部分組成；光路上采用兩種不同頻率的微波信號調制到信號光上:一路微波信號的頻率在布里淵頻移頻率內，另一路微波信號的頻率較布里淵頻移頻率稍低；電路上則采用功分器將兩路信號分開并分別濾波、解調，再進行差分放大的方式將解調后的信號放大，實現減去直流分量，減小量化噪聲的目的，其具體結構為: 可調分布式反饋激光器(I)輸出的連續光經光耦合器(2)后分為兩路，一路由聲光調制器(3)調制后進入到摻鉺光纖放大器(4)進行放大，經光濾波器(5)濾波進入光環形器(11);另一路光經偏振控制器(6)進入電光調制器(7)之后進入偏振擾偏器(8)、光隔離器(9)，然后作為探測光進入傳感光纖(10)后進入光環形器(11);通過光環形器(11)，栗浦光與探測光在傳感光纖中相遇，產生受激布里淵放大之后通過環形器進入接收端，即經摻鉺光纖放大器(12)、光濾波器(13)后，由光電探測器(14)將光信號轉換為電信號；之后再在混頻器(18)中與壓電振蕩器(19)產生的9.SGHz本振信號混頻，實現降頻，通過放大器(20)放大進入功分器(21)后分成兩路信號，分別通過兩個不同頻率的帶通濾波器(22和23)和兩個對數檢波器(24和25)將信號分別解調出來，兩路信號再同時進入差分放大器(26)，實現差分放大，減去直流分量，之后用數據采集卡(27)采集并用上位機(28)處理；所述功分器(17)接收兩個微波源(15、16)混合產生一個調制電光調制器(7)的微波調制信號。2.根據權利要求1所述的基于差分放大技術的分布式光纖傳感系統，其特征在于，微波源(15)的頻率為10.4GHz到10.8GHz之間，微波源(16)的頻率為1GHz03.根據權利要求2所述的基于差分放大技術的分布式光纖傳感系統，其特征在于，微波源(15)的輸出功率與微波源(16)的輸出功率相同。4.根據權利要求1所述的基于差分放大技術的分布式光纖傳感系統，其特征在于，差分放大器(26)的放大倍數為10-20倍。5.根據權利要求1所述的基于差分放大技術的分布式光纖傳感系統，其特征在于，帶通濾波器(22)通頻帶為500-3000MHZ帶通濾波器(23)的通頻帶為150_250MHz。
【專利摘要】本發明公開了一種基于差分放大技術的分布式光纖傳感系統。由光路檢測和電路解調兩部分組成；光路上采用兩種不同頻率的微波信號調制到信號光上：一路微波信號的頻率在布里淵頻移頻率內，另一路微波信號的頻率較布里淵頻移頻率稍低；電路上則采用功分器將兩路信號分開并分別濾波、解調，再進行差分放大的方式將解調后的信號放大。采用差分放大的結構將數據采集卡采集到的信號在特定幅度區間進行放大，解決了在分布式布里淵時域分析傳感系統中上位機數據采集卡量程受限，在直流分量很大的時候不能滿足數據采集的精確度導致系統測量的準確性降低的問題。本發明裝置工作穩定，在多次測量中都能較準確的測量出溫度(或應力)變化的位置和溫度值(或應力值)。
【IPC分類】G01D5/353, G01D21/02
【公開號】CN105203136
【申請號】CN201510489467
【發明人】邵理陽, 張云鵬, 李宗雷, 張志勇, 閆連山, 潘煒, 羅斌, 鄒喜華
【申請人】西南交通大學
【公開日】2015年12月30日
【申請日】2015年8月11日