基于随机激光放大的长距离大容量FBG传感系统技术方案

本发明专利技术公开了基于随机激光放大的长距离大容量FBG传感系统，涉及光纤传感技术领域，解决FBG传感系统中的大容量复用及长距离传感问题，系统包括信号光源模块、环形器、波分复用器、低噪声随机激光泵浦光源、传输光纤、传感FBG以及信号解调模块；本发明专利技术在FBG传感系统中采用随机激光放大与遥泵掺铒光纤放大结合的新型分布式放大技术，可显著延长系统传感距离；同时，本发明专利技术利用混合时分复用和波分复用方式结合反射率补偿式分布的FBG复用方式，进一步提高了系统复用率和传感距离，可实现适用于电力安全监测等领域的长距离、大容量的FBG传感系统。传感系统。传感系统。

【技术实现步骤摘要】
基于随机激光放大的长距离大容量FBG传感系统


[0001]本专利技术涉及光纤光栅及光纤传感领域，尤其是基于随机激光放大的长距离大容量FBG传感系统。

技术介绍

[0002]自从1978年K.O.Hill首次报导FBG以来，FBG成为广泛用在光纤通信系统中的关键无源器件。同时，FBG作为一种结构敏感元件，还可作为新型传感器，结构可随着外界温度、应变等物理量变化而变化，具有抗电磁干扰、抗尺寸小、抗腐蚀性好、便于复用和灵敏度高等特点，适合在极端恶劣环境中使用。但由于器件的非线性温漂、噪声干扰以及复用时阴影效应和多次反射串扰等问题，传统的FBG传感系统还存在很多不足与限制，比如，复用容量如何更大、传感距离如何更长、解调精度如何更准、解调速度如何更快，解决上述问题成为现在的研究热点。
[0003]目前光放大技术中，分布式放大技术及遥泵放大技术可以有效的提升FBG传感系统的传感范围，但现在采用的泵浦光源相对强度噪声过高，在放大信号光的同时会导致信号光的相对强度噪声进一步恶化，系统的信噪比下降。FBG大容量复用技术中，TDM技术和WDM技术广泛应用于FBG传感系统，相对这两种复用技术，TDM+WDM的混合复用技术成为了大容量FBG传感系统的一种新的解决方案，这种混合复用技术能成倍的提升FBG传感系统的复用能力和系统空间分辨率。
[0004]FBG传感技术可广泛应用各种基础设施的结构监控监测。尤其是长距离大容量FBG传感系统，可用于国家电网高压输电线路的大范围无中继监测，是现在的热门研究内容。高压输电线路的分布环境复杂，大多分布在荒郊野外等恶劣环境中，监测维护成本高，而且对于长距离的FBG传感系统监测，中继站的维护也是一个负担，因此电网监测急需一种长距离大容量无中继的FBG传感系统方案。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于：解决FBG传感系统中的大容量复用及长距离传感问题，为高压输电线路等大范围无中继传感监测提供一种解决方案。
[0006]本专利技术为了实现上述目的具体采用以下技术方案：
[0007]基于随机激光放大的长距离大容量FBG传感系统，包括依次连接的信号光源模块、环形器、波分复用器以及传输光纤，所述环形器的第三端口连接信号解调模块，低噪声随机激光泵浦模块的输出端与波分复用器相连；
[0008]信号光源模块发出的脉冲光通过波分复用器与低噪声随机激光泵浦光源模块输出的泵浦光耦合进入传输光纤，实现分布式随机激光放大，一段掺铒光纤位于传感光纤中，实现遥泵掺铒光纤放大，延长系统距离，其中掺铒光纤的长度为1
‑
50m；
[0009]传感FBG按补偿式分布在传输光纤中，传输光纤中不同位置放置的FBG反射率不同，反射率范围为
‑
60dB～0dB；
[0010]传感FBG反射的信号光经过环形器，进入信号解调模块，信号光携带了外界信息，通过信号解调模块分析信号光波长还原外界信息。
[0011]作为一种可选的技术方案，所述信号光源模块包括宽带光源和声光调制器，其中，宽带光源的输出端连接声光调制器；声光调制器的输出端依次连接第一掺饵光纤放大器，环形器的第一端口；
[0012]环形器第一端口的光从第二端口出来，依次经过波分复用器、强反馈模块，再进入传输光纤；传输光纤中传感FBG的反射光从环形器的第二端口进去，从其第三端口出来，环形器的第三端口连接第二掺饵光纤放大器，第二掺饵光纤放大器的输出连接信号解调模块。
[0013]作为一种可选的技术方案，所述声光调制器通过信号发生器连接信号解调模块，信号解调模块连接上位机。
[0014]作为一种可选的技术方案，所述的信号解调模块包括有光谱解调模块和色散补偿解调模块。
[0015]作为一种可选的技术方案，所述色散补偿解调模块包括两个接口，一个为外部光接口，该接口由光纤耦合器的一个端口组成，另一个为上位机数据接口，该接口由数据采集模块的两个输出端口组成；
[0016]光纤耦合器的一路输出端口连接普通单模光纤校准，普通单模光纤校准再连接一个光电探测器，光电探测器再连接数据采集模块的第一输出端口；
[0017]光纤耦合器的另一路输出端口连接一个色散补偿模块，色散补偿模块再连接一个光电探测器，光电探测器再连接数据采集模块的第二输出端口
[0018]作为一种可选的技术方案，所述的低噪声随机激光泵浦光源模块的相对强度噪声小于
‑
100dB/Hz。
[0019]作为一种可选的技术方案，所述信号光源模块可采用脉冲光源或连续光源经调制器调制后输出脉冲信号光，调制器包括有声光调制器、电光调制器。
[0020]作为一种可选的技术方案，所述FBG传感系统还包括强反馈模块，所述强反馈模块包括有强反射率的FBG及光纤环形镜。
[0021]作为一种可选的技术方案，所述FBG传感系统采用TDM及WDM技术结合，传感FBG具有不同的中心波长，中心波长范围1510～1590nm。
[0022]本专利技术的有益效果如下：
[0023]1、本专利技术采用低噪声光纤随机激光放大技术，进一步将随机激光放大技术与ROPA结合形成混合式放大技术，可以有效的延长系统的无中继传感距离。
[0024]2、传统长距离FBG传感系统中，信号光在传感链路不同位置处的强度不同。本专利技术采用传感FBG反射率补偿式分布技术方案，设置不同位置的传感FBG反射率不同，信号光强度弱的地方传感FBG反射率高，可以显著提升传感信号的空域均衡性能。
[0025]3、本专利技术所述的长距离大容量FBG传感系统采用TDM和WDM结合的混合复用方式，传感FBG按中心波长分组，数个不同中心波长的传感FBG为一组，各组间中心波长相同的传感FBG分布在不同位置，采用TDM方案解调，各组内中心波长不同的传感FBG占用信号光源的不同波段，采用WDM方案解调。在TDM的前提下叠加WDM方式，可以高效的利用信号光源的各个波段，提高系统的传感FBG复用数量。
附图说明
[0026]图1是本专利技术基于随机激光放大的长距离大容量FBG传感系统框图；
[0027]图2是实施例一的基于随机激光放大的长距离大容量FBG传感系统框图；
[0028]图3是实施例二的基于光谱解调模块及混合放大技术的长距离大容量FBG传感系统框图；
[0029]图4是实施例三的基于色散补偿模块及混合放大技术的长距离大容量FBG传感系统框图；
[0030]图5是实施例三中信号解调模块的组成结构框图；
[0031]图6是实施例一、二的系统功率分布仿真图；
[0032]图中标记：1、信号光源模块；1
‑
1、宽带光源；1
‑
2、声光调制器；2、环形器；3、波分复用器；4、低噪声随机激光泵浦光源模块；5、传输光纤；6、传感FBG；6
‑
x、FBG组；7、信号解调模块；7
‑
1、光纤耦合器；7
‑
2、单模光纤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于随机激光放大的长距离大容量FBG传感系统，包括依次连接的信号光源模块(1)、环形器(2)、波分复用器(3)以及传输光纤(5)，其特征在于，所述环形器(2)的第三端口连接信号解调模块(7)，低噪声随机激光泵浦模块(4)的输出端与波分复用器(3)相连；信号光源模块(1)发出的脉冲光通过波分复用器(3)与低噪声随机激光泵浦光源模块(4)输出的泵浦光耦合进入传输光纤(5)，实现分布式随机激光放大，一段掺铒光纤(8)位于传感光纤(5)中，实现遥泵掺铒光纤放大，延长系统距离，其中掺铒光纤的长度为1
‑
50m；传感FBG(6)按补偿式分布在传输光纤(5)中，传输光纤(5)中不同位置放置的FBG(6)反射率不同，反射率范围为
‑
60dB～0dB；传感FBG(6)反射的信号光经过环形器(2)，进入信号解调模块(7)，信号光携带了外界信息，通过信号解调模块(7)分析信号光波长还原外界信息。2.根据权利要求1所述的基于随机激光放大的长距离大容量FBG传感系统，其特征在于，所述信号光源模块(1)包括宽带光源(1
‑
1)和声光调制器(1
‑
2)，其中，宽带光源(1
‑
1)的输出端连接声光调制器(1
‑
2)；声光调制器(1
‑
2)的输出端依次连接第一掺饵光纤放大器(10
‑
1)、环形器(2)的第一端口；环形器(2)第一端口的光从第二端口出来，依次经过波分复用器(3)、强反馈模块(12)，再进入传输光纤...

【专利技术属性】
技术研发人员：饶云江，董诗盛，杨泽元，王子南，刘杰，韩冰，吴明埝，栗鸣，
申请(专利权)人：江苏中天科技股份有限公司中天电力光缆有限公司，
类型：发明
国别省市：