基于相干光時域反射的振動檢測裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于相干光時域反射的振動檢測裝置，屬于振動檢測領域。所述裝置包括：測量光纖；用于提供N路波長各不相同的脈沖激光的脈沖激光產生模塊；用于對N路脈沖激光進行復用的波分復用器；用于將復用后的脈沖激光輸入測量光纖，并輸出后向瑞利散射光的耦合模塊；用于對耦合模塊輸出的后向瑞利散射光進行分離的第一解波分復用器；用于對分離出的瑞利散射光進行光電轉換，得到N個電信號的N個光電探測器；用于采用電信號對振動進行定位的處理模塊；波分復用器分別與脈沖激光產生模塊和耦合模塊電連接，耦合模塊分別與測量光纖和第一解波分復用器電連接，第一解波分復用器通過N個光電探測器與處理模塊電連接。從而提高了采樣頻率。
【專利說明】基于相干光時域反射的振動檢測裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及振動檢測領域，特別涉及一種基于相干光時域反射的振動檢測裝置。
【背景技術】
[0002]COTDR (Coherent Optical Time-Domain Reflectometry,相干光時域反射)又被稱為基于相干瑞利散射的光時域反射技術，該技術可以利用超窄線寬激光脈沖在測量光纖中發生的后向瑞利散射，檢測測量光纖沿線出現的振動。
[0003]目前，實現該技術的裝置主要包括:脈沖產生單元、環行器、測量光纖和處理單元。其中，脈沖產生單元用于產生一個脈沖激光，并將產生的脈沖激光通過環行器的一個端口輸入測量光纖，激光脈沖在測量光纖中傳輸，產生后向瑞利散射光，該后向瑞利散射光通過環行器的另一端口輸出，處理單元根據環行器輸出的后向瑞利散射光確定測量光纖沿線是否存在振動。
[0004]在實現本實用新型的過程中，發明人發現現有技術至少存在以下問題:
[0005]為了避免測量光纖中激光脈沖之間的相互干擾，需要保證測量光纖中始終只有一個激光脈沖存在，這導致采樣頻率低(即在一定時間內產生后向瑞利散射光的個數少)，因此根據采樣定理，可能無法完整的采集到振動信號，導致振動檢測的結果不夠準。
實用新型內容
[0006]為了解決現有技術只允許測量光纖中只存在一個激光脈沖，導致信號采樣頻率低，能夠檢測到振動信號的頻率低`的問題，本實用新型實施例提供了一種基于COTDR的振動檢測裝置。所述技術方案如下:
[0007]本實用新型實施例提供了一種基于相干光時域反射的振動檢測裝置，所述裝置包括:
[0008]測量光纖；
[0009]用于提供N路波長各不相同的脈沖激光，每一路所述脈沖激光中兩個連續的脈沖的時間間隔均大于等于T，且不屬于同一路所述脈沖激光的兩個連續的脈沖之間的時間間隔小于T的脈沖激光產生模塊，其中，T=2Ln/C, L為所述測量光纖的長度，C為真空光速，η為所述測量光纖纖芯折射率，Ν^2；
[0010]用于對N路所述脈沖激光進行復用的波分復用器；
[0011]用于將復用后的所述脈沖激光輸入所述測量光纖，并輸出復用后的所述脈沖激光在所述測量光纖中傳輸時產生的后向瑞利散射光的耦合模塊；
[0012]用于對所述耦合模塊輸出的所述后向瑞利散射光進行分離，產生N個波長各不相同的瑞利散射光的第一解波分復用器；
[0013]用于對分離出的所述N個波長各不相同的瑞利散射光進行光電轉換，得到N個電信號的N個光電探測器；[0014]用于采用所述電信號對振動進行定位的處理模塊；
[0015]所述波分復用器分別與所述脈沖激光產生模塊和所述耦合模塊電連接，所述耦合模塊分別與所述測量光纖和所述第一解波分復用器電連接，所述第一解波分復用器通過N個所述光電探測器與所述處理模塊電連接。
[0016]在本實用新型實施例的一種實現方式中，每一路所述脈沖激光中兩個連續的脈沖的時間間隔均等于T，且不屬于同一路所述脈沖激光的兩個連續的脈沖之間的時間間隔為
T/N。
[0017]在本實用新型實施例的另一種實現方式中，所述脈沖激光產生模塊包括N個脈沖激光器。
[0018]在本實用新型實施例的另一種實現方式中，所述脈沖激光產生模塊包括:
[0019]用于產生N路波長各不相同的連續激光的多波長激光器，N≥2 ;
[0020]用于對所述多波長激光器產生的N路波長各不相同的連續激光進行分離的第二解波分復用器；
[0021]用于在時序信號作用下，將N路所述連續激光轉換為N路所述脈沖激光的N個聲光調制器；
[0022]所述多波長激光器通過所述第二解波分復用器與N個所述聲光調制器電連接。
[0023]在本實用新型實施例的另一種實現方式中，所述多波長激光器為超窄線寬多波長激光器。
[0024]在本實用新型實施例的另一種實現方式中，所述脈沖激光產生模塊包括N個激光器以及與N個所述激光器分別電連接的N個聲光調制器。
[0025]在本實用新型實施例的另一種實現方式中，所述耦合模塊為耦合器或環行器。
[0026]在本實用新型實施例的另一種實現方式中，所述裝置還包括:
[0027]摻鉺光纖放大器，所述摻鉺光纖放大器設于所述波分復用器和所述耦合模塊之間。
[0028]本實用新型實施例提供的技術方案帶來的有益效果是:
[0029]通過產生N路波長各不相同的脈沖激光，每一路脈沖激光中連續兩個脈沖的時間間隔大于等于T，且任意兩個連續的屬于不同路脈沖激光的脈沖之間的時間間隔小于T，由于N≥2，T=2Ln/C, L為測量光纖的長度，C為真空光速，η為測量光纖纖芯折射率，因此可以保證測量光纖中同時存在至少2個不同波長的脈沖傳輸，由于不同波長的脈沖同時在測量光纖中傳輸，不會產生干擾等現象，因此避免了現有技術只允許測量光纖中同時存在一個脈沖激光，導致信號采樣頻率低的問題，提高了振動信號采樣頻率，使得采樣得到的振動信號更加完整。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0030]為了更清楚地說明本實用新型實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0031]圖1是本實用新型實施例一提供的基于COTDR的振動檢測裝置結構示意圖；[0032]圖2是本實用新型實施例二提供的基于COTDR的振動檢測裝置結構示意圖；
[0033]圖3是本實用新型實施例二提供的測量光纖中脈沖激光時序圖。
【具體實施方式】
[0034]為使本實用新型的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本實用新型實施方式作進一步地詳細描述。
[0035]實施例一
[0036]本實用新型實施例提供了一種基于COTDR的振動檢測裝置，參見圖1，該裝置包括:
[0037]測量光纖101 ；
[0038]脈沖激光產生模塊102，用于提供N路波長各不相同的脈沖激光，每一路脈沖激光中兩個連續的脈沖的時間間隔大于等于T，且不屬于同一路脈沖激光的兩個連續的脈沖之間的時間間隔小于T，其中，T=2Ln/C, L為測量光纖的長度，C為真空光速，η為測量光纖纖芯折射率，N≥2 ;
[0039]波分復用器103，用于對N路脈沖激光進行復用；
[0040]耦合模塊104，用于將復用后的脈沖激光輸入測量光纖101，并輸出復用后的脈沖激光在測量光纖101中傳輸時產生的后向瑞利散射光；
[0041]第一解波分復用器105,用于對f禹合模塊輸出的后向瑞利散射光進行分離,產生N個波長各不相同的瑞利散射光；
[0042]N個光電探測器106，用 于對分離出的N個波長各不相同的瑞利散射光進行光電轉換，得到N個電信號；
[0043]處理模塊107，用于采用電信號對振動進行定位。
[0044]其中，波分復用器103分別與脈沖激光產生模塊102和耦合模塊104電連接，耦合模塊104分別與測量光纖101和第一解波分復用器105電連接，第一解波分復用器105通過N個光電探測器106與處理模塊107電連接。
[0045]本實用新型實施例通過產生N路波長各不相同的脈沖激光，每一路脈沖激光中連續兩個脈沖的時間間隔大于等于Τ，且任意兩個連續的屬于不同路脈沖激光的脈沖之間的時間間隔小于Τ，由于N≥2，T=2Ln/C，L為測量光纖的長度，C為真空光速，η為測量光纖纖芯折射率，因此可以保證測量光纖中同時存在至少2個不同波長的脈沖傳輸，由于不同波長的脈沖同時在測量光纖中傳輸，不會產生干擾等現象，因此避免了現有技術只允許測量光纖中同時存在一個脈沖激光，導致信號采樣頻率低的問題，提高了振動信號采樣頻率，使得采樣得到的振動信號更加完整。
[0046]實施例二
[0047]本實用新型實施例提供了一種基于COTDR的振動檢測裝置，參見圖2，該裝置包括:
[0048]多波長激光器201、第二解波分復用器202、第一聲光調制器203、第二聲光調制器204、第三聲光調制器205、波分復用器206、稱合模塊207、第一解波分復用器208、第一光電探測器209、第二光電探測器210、第三光電探測器211和數據采集處理板卡212。
[0049]其中，多波長激光器201，用于提供3路波長各不相同的激光；[0050]第二解波分復用器202，用于對多波長激光器產生的3路波長各不相同的激光進行分離；
[0051]第一聲光調制器203、第二聲光調制器204和第三聲光調制器205，用于在時序信號的控制下，分別將3路波長各不相同的激光轉換成3路波長各不相同的脈沖激光，且每一路脈沖激光中兩個連續的脈沖的時間間隔大于等于T，且不屬于同一路脈沖激光的兩個連續的脈沖之間的時間間隔小于T，其中，T=2Ln/C, L為測量光纖的長度，C為真空光速，η為測量光纖纖芯折射率；
[0052]波分復用器206，用于對3路脈沖激光進行復用；
[0053]耦合模塊207，用于將復用后的脈沖激光輸入測量光纖213，并輸出復用后的脈沖激光在測量光纖213中傳輸時產生的后向瑞利散射光；
[0054]第一解波分復用器208,用于對f禹合模塊輸出的后向瑞利散射光進行分離,產生3個波長各不相同的瑞利散射光；
[0055]第一光電探測器209、第二光電探測器210和第三光電探測器211，用于對分離出的3個波長各不相同的瑞利散射光進行光電轉換，得到3個電信號；
[0056]數據采集處理板卡212，用于采用電信號對振動進行定位。
[0057]由于不屬于同一路脈沖激光的兩個連續的脈沖之間的時間間隔小于Τ，因此在保證測量光纖中不會存在兩個相同波長的脈沖的前提下，其采樣頻率3 2/Τ，從而與現有技術相比，提高了采樣頻率。
[0058]進一步地，上述不同路脈沖可能存在脈沖重疊的情況，上述不屬于同一路脈沖激光的兩個連續的脈沖不包括該脈沖重疊的情況。
[0059]其中，多波長激光器201通過第二解波分復用器202與第一聲光調制器203、第二聲光調制器204和第三聲光調制器205的輸入端電連接，第一聲光調制器203、第二聲光調制器204和第三聲光調制器205的輸出端同時與波分復用器206電連接，耦合模塊207同時與波分復用器206、測量光纖201和第一解波分復用器208電連接，第一解波分復用器208通過第一光電探測器209、第二光電探測器210和第三光電探測器211與數據采集處理板卡212電連接。
[0060]進一步地，數據采集處理板卡212，還用于產生時序信號，并將時序信號作用于上述3個聲光調制器，以產生3路脈沖激光。
[0061]優選地，每一路脈沖激光中兩個連續的脈沖的時間間隔均等于Τ，且不屬于同一路脈沖激光的兩個連續的脈沖之間的時間間隔為Τ/Ν，即Τ/3，此時，該裝置的信號采樣頻率為 3/Τ。
[0062]在本實用新型實施例中，每一路脈沖激光中的兩個連續的脈沖的時間間隔均大于等于Τ，且任意不屬于同一路脈沖激光的兩個連續的脈沖之間的時間間隔小于Τ，這樣既保證了測量光纖中每種波長的脈沖只會同時存在一個，又保證了測量光纖中同時存在至少兩個波長各不相同的脈沖，使得其采樣頻率> 2/Τ，從而與現有技術相比，提高了采樣頻率。
[0063]進一步地，上述不同路脈沖可能存在脈沖重疊的情況，上述不屬于同一路脈沖激光的兩個連續的脈沖不包括該脈沖重疊的情況。
[0064]在本實用新型實施例的上述實現方式中，采用多波長激光器201、第二解波分復用器202以及N (Ν=3)個聲光調制器作為脈沖激光產生模塊，來產生N路波長各不相同的脈沖激光。在本實用新型實施例的另一種實現方式中，脈沖激光產生模塊還可以包括N個激光器和N個聲光調制器，N個激光器與N個聲光調制器一一對應設置，從而產生上述N路波長各不相同的脈沖激光。在本實用新型實施例的另一種實現方式中，脈沖激光產生模塊還可以包括N個脈沖激光器，從而產生上述N路波長各不相同的脈沖激光。
[0065]在本實用新型的上述實現方式中，采用數據采集處理板卡212作為處理模塊來進行時序控制和信號處理。容易知道，在其他實現方式中，還可以采用微型計算機、單片機等作為處理模塊。
[0066]其中，耦合模塊207可以為耦合器或環行器。
[0067]其中，多波長激光器201可以為超窄線寬多波長激光器。
[0068]進一步地,該裝置還包括:
[0069]摻鉺光纖放大器214，用于對脈沖激光進行能量放大，摻鉺光纖放大器設于波分復用器和耦合模塊之間。
[0070]數據采集處理板卡212可以以T/3為時序間隔，產生時序信號，進而控制第一聲光調制器203、第二聲光調制器204和第三聲光調制器205，使得3路脈沖激光中依次產生脈沖λ” λ2、λ3。從而使得復用后的脈沖激光中的脈沖之間的空間間隔和時間間隔更平均。參見圖3，在tl時刻測量光纖中的脈沖激光中脈沖依次為λ P λ 2、λ 3，在t2時刻測量光纖中的脈沖激光中脈沖依次為λ2、λ3、λ i，在t3時刻測量光纖中的脈沖激光中脈沖依次為λ 3、λ η λ 2，在t4時刻測量光纖中的脈沖激光中脈沖依次為λ η λ2、λ 3。
[0071]數據采集處理板卡212對N (Ν=3)個電信號的電壓進行平均，得到平均電信號，檢測平均電信號中是否存在信號突變，當平均電信號中存在信號突變時，確定測量光纖周圍存在振動，并對振動進行定位。其中，信號突變是指平均電信號的電壓值突變，即電壓值的相位超過預定范圍。具體地，對振動進行定位，可以采用如下方式:對電信號進行采樣，從脈沖產生的時刻開始的時間段T內，采樣a個點；確定突變信號點所處的位置，例如突變點為第b個，b < a ;根據突變信號點所處的位置，即可確定該振源處于距測量光纖入射端的距離為測量光纖長度b/a的位置。例如，采用100個點時，第20個點發生突變，則可確定該振源處于距測量光纖入射端的距離為測量光纖長度1/5的位置。
[0072]其中，數據采集處理板卡212采用與脈沖激光產生模塊相同的時鐘信號，從而可以更準確地進行振源的定位。
[0073]本實用新型實施例通過產生N路波長各不相同的脈沖激光，每一路脈沖激光中連續兩個脈沖的時間間隔大于等于T，且任意兩個連續的屬于不同路脈沖激光的脈沖之間的時間間隔小于T，由于N≤2，T=2Ln/C，L為測量光纖的長度，C為真空光速，η為測量光纖纖芯折射率，因此可以保證測量光纖中同時存在至少2個不同波長的脈沖傳輸，由于不同波長的脈沖同時在測量光纖中傳輸，不會產生干擾等現象，因此避免了現有技術只允許測量光纖中同時存在一個脈沖激光，導致信號采樣頻率低的問題，提高了振動信號采樣頻率，使得采樣得到的振動信號更加完整。
[0074]上述本實用新型實施例序號僅僅為了描述，不代表實施例的優劣。
[0075]本領域普通技術人員可以理解實現上述實施例的全部或部分步驟可以通過硬件來完成，也可以通過程序來指令相關的硬件完成，所述的程序可以存儲于一種計算機可讀存儲介質中，上述提到的存儲介質可以是只讀存儲器，磁盤或光盤等。[0076]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種基于相干光時域反射的振動檢測裝置，其特征在于，所述裝置包括: 測量光纖； 用于提供N路波長各不相同的脈沖激光，每一路所述脈沖激光中兩個連續的脈沖的時間間隔均大于等于T，且不屬于同一路所述脈沖激光的兩個連續的脈沖之間的時間間隔小于T的脈沖激光產生模塊，其中，T=2Ln/C, L為所述測量光纖的長度，C為真空光速，η為所述測量光纖纖芯折射率，Ν^2； 用于對N路所述脈沖激光進行復用的波分復用器； 用于將復用后的所述脈沖激光輸入所述測量光纖，并輸出復用后的所述脈沖激光在所述測量光纖中傳輸時產生的后向瑞利散射光的耦合模塊； 用于對所述I禹合模塊輸出的所述后向瑞利散射光進行分離，產生N個波長各不相同的瑞利散射光的第一解波分復用器； 用于對分離出的所述N個波長各不相同的瑞利散射光進行光電轉換，得到N個電信號的N個光電探測器； 用于采用所述電信號對振動進行定位的處理模塊； 所述波分復用器分別與所述脈沖激光產生模塊和所述耦合模塊電連接，所述耦合模塊分別與所述測量光纖和所述第一解波分復用器電連接，所述第一解波分復用器通過N個所述光電探測器與所述處理模塊電連接。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，每一路所述脈沖激光中兩個連續的脈沖的時間間隔均等于Τ，且不屬 于同一路所述脈沖激光的兩個連續的脈沖之間的時間間隔為Τ/Ν。
3.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述脈沖激光產生模塊包括N個脈沖激光器。
4.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述脈沖激光產生模塊包括: 用于產生N路波長各不相同的連續激光的多波長激光器，Ν^2； 用于對所述多波長激光器產生的N路波長各不相同的連續激光進行分離的第二解波分復用器； 用于在時序信號作用下，將N路所述連續激光轉換為N路所述脈沖激光的N個聲光調制器； 所述多波長激光器通過所述第二解波分復用器與N個所述聲光調制器電連接。
5.根據權利要求4所述的裝置，其特征在于，所述多波長激光器為超窄線寬多波長激光器。
6.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述脈沖激光產生模塊包括N個激光器以及與N個所述激光器分別電連接的N個聲光調制器。
7.根據權利要求1-6任一項所述的裝置，其特征在于，所述耦合模塊為耦合器或環行器。
8.根據權利要求1-6任一項所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括: 摻鉺光纖放大器，所述摻鉺光纖放大器設于所述波分復用器和所述耦合模塊之間。
【文檔編號】G01H9/00GK203519149SQ201320541776
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年9月2日 優先權日:2013年9月2日
【發明者】張金權, 李香文, 王飛, 李 東, 劉素杰, 趙鋒, 韓建強, 田珍輝, 厲宇, 郭戈, 費雪松, 楊嵩 申請人:中國石油天然氣集團公司, 中國石油天然氣管道局, 中國石油天然氣管道通信電力工程總公司
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
