基于相位敏感光时域反射计的长距离入侵探测系统

张春熹; 钟翔; 李立京; 李勤

基于相位敏感光时域反射计的长距离入侵探测系统

1.
北京航空航天大学惯性技术重点实验室,北京100191

详细信息

作者简介:
钟翔(1985-),男,博士生,主要从事光纤传感方面的研究。Email:zhx2005zhwh@126.com

中图分类号: TN29

Long-distance intrusion sensor based on phase sensitivity optical time domain reflectometry

1.
National Key Lab of Inertial Technology,Beihang University,Beijing 100191,China

摘要: 根据受激布里渊散射(SBS)对相位敏感光时域反射计(-OTDR)的监测距离的限制,分析了在使用不同灵敏度的光电探测器时-OTDR系统的监测距离,并根据SBS阈值随着光纤长度的增加而下降的特点,提出了一种新的光路结构以提升系统的监测距离。该光路结构采用环行器将敏感光纤分为多个部分,并对各部分的后向瑞利散射光分别进行探测,避免了各部分光纤产生的斯托克斯光相互叠加,从而提高了SBS阈值,进而实现了提升系统监测距离的目的。在实验室测试中,使用3个环行器将敏感光纤分为了3个部分并实现了66.92 km的监测距离。通过增加环行器的数量,系统的监测距离可以进一步提高。
- 受激布里渊散射(SBS) /
- 相位敏感光时域反射计(Φ-OTDR) /
- 光纤分布式扰动传感器
Abstract: The influences of stimulated Brillouin scattering (SBS) on the sensing range of the phase sensitivity optical time domain reflectometry (-OTDR) was investigated and the limiting sensing range under different detection sensitivities of photodiodes was proposed. As the SBS threshold decreases along with the increasing of the fiber length, a novel scheme was presented to extend the sensing range. Circulators were employed in the scheme to divide the sensing fiber into several sections and the Rayleigh backscattering of different sections were detected by photodiodes, respectively. As a result, Stokes radiation of different sections would not affect each other such that the SBS become more difficult to build up. Therefore, the power injected into the sensing fiber increased and much longer sensing range was realized. In laboratory tests, three circulators were used to divide the sensing fiber into 3 sections, and 66.92 km sensing range was realized. The sensing range can be extend further by adding more circulators.

[1]
[2]	Cui Wenhu a, Chen Zhibing. Study on distributed optical fiber temperature measuring and warning system [J]. Infrared and Laser Engineering, 2002, 31(2): 175-178. (in Chinese)
[3]
[4]	Dai Zhiyong, Peng Zengshou, Ou Zhonghua, et al. Tunable Q-switched fiber laser based on stimulated Brillouin scattering and pulse pumping [J]. Infrared and Laser Engineering, 2010, 39(4): 614-617. (in Chinese)
[5]
[6]	Taylor H F, Lee C E. Apparatus and method for fiber optic intrusion sensing: U.S, 5194948[P]. 1993-5194847.
[7]
[8]	Park J, Lee W, Taylor H F. A fiber optic intrusion sensor with the configurationof an optical time domain reflectometer using coherent interference of Rayleigh backscattering [C]// SPIE, 1998, 3555: 49-56.
[9]	Juarez J C, Maier E W, Choi K N, et al. Distributed fiberoptic intrusion sensor system [J]. Journal of Lightwave Technology, 2005, 23(6): 2081-2087.
[10]
[11]
[12]	Juarez J C, Taylor H F. Polarization discrimination in a phase-sensitive optical time-domain reflectometer intrusionsensor system[J]. Optics Letters, 2005, 30(24): 3284-3286.
[13]	Lu Yuelan, Zhu Tao, Bao Xiaoyi. Distributed vibration sensor based on coherent detection of phase-OTDR [J]. Journal of Lightwave Technology, 2010, 28(22): 3243-3249.
[14]
[15]
[16]	Qin Zengguang, Zhu Tao, Chen Liang, et al. High sensitivity distributed vibration sensor based on polarization-maintaining configurations of phase-OTDR [J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2011, 23(15): 1091-1093.
[17]
[18]	Rao Yunjiang, Luo Jun, Ran Zengling, et al. Long-distance fiber-optic -OTDR intrusion sensing system [C]//SPIE, 2009, 75031O.
[19]	Li Xiaorui, Gong Huaping, Li Shuhua, et al. Experimental investigation on pulse light stimulated Brillouin scattering in the optical fiber[C]//SPIE, 2011: 831127.

[1]	廉玉东, 胡祺, 解璐洋, 靳鹏, 杜奋娇, 王雨雷, 吕志伟. 介质FC-770受激布里渊散射脉冲压缩Stokes线宽特性研究（特邀） . 红外与激光工程, 2023, 52(8): 20230402-1-20230402-6. doi: 10.3788/IRLA20230402
[2]	陈彬, 白振旭, 赵桂娟, 王雨雷, 吕志伟. 熔融石英中实现高效率的百毫焦受激布里渊散射 . 红外与激光工程, 2023, 52(8): 20230421-1-20230421-4. doi: 10.3788/IRLA20230421
[3]	于淼, 孙铭阳, 何禹潼, 张崇富, 郑志丰, 孔谦. 相位敏感光时域反射系统低频响应性能优化 . 红外与激光工程, 2022, 51(5): 20211125-1-20211125-9. doi: 10.3788/IRLA20211125
[4]	于淼, 孙铭阳, 张耀鲁, 何禹潼, 郑志丰. 相位敏感光时域反射系统相位模糊及解卷绕 . 红外与激光工程, 2021, 50(5): 20200437-1-20200437-8. doi: 10.3788/IRLA20200437
[5]	王天齐, 康治军, 孟冬冬, 邱基斯, 刘昊. 受激布里渊散射相位共轭镜在高功率纳秒激光器中的应用进展 . 红外与激光工程, 2021, 50(5): 20211024-1-20211024-12. doi: 10.3788/IRLA20211024
[6]	何祖源, 刘银萍, 马麟, 杨晨, 童维军. 小芯径多模光纤拉曼分布式温度传感器 . 红外与激光工程, 2019, 48(4): 422002-0422002(7). doi: 10.3788/IRLA201948.0422002
[7]	肖冬瑞, 黄旭光, 姚胜兴, 李祖林, 洪俊. 基于光纤准直器的反射式盐度传感器 . 红外与激光工程, 2018, 47(7): 720004-0720004(6). doi: 10.3788/IRLA201847.0720004
[8]	付群健, 于淼, 常天英, 张瑾, 罗政纯, 王旭, 刘珉含, 崔洪亮. 相位敏感光时域反射系统模式识别方法综述 . 红外与激光工程, 2018, 47(7): 722001-0722001(14). doi: 10.3788/IRLA201847.0722001
[9]	张颖, 柯熙政, 陈明莎. 受激布里渊散射波前畸变校正仿真实验 . 红外与激光工程, 2018, 47(11): 1122001-1122001(7). doi: 10.3788/IRLA201847.1122001
[10]	尚盈, 王晨, 刘小会, 王昌, 赵文安, 彭刚定. 基于相位光时域反射的光纤分布式声波传感研究 . 红外与激光工程, 2017, 46(3): 321003-0321003(5). doi: 10.3788/IRLA201746.0321003
[11]	张俊楠, 娄淑琴, 梁生. 基于SVM算法的φ-OTDR分布式光纤扰动传感系统模式识别研究 . 红外与激光工程, 2017, 46(4): 422003-0422003(7). doi: 10.3788/IRLA201746.0422003
[12]	王鹏, 娄淑琴, 梁生, 张颜. 选择性平均的φ-OTDR分布式光纤扰动传感系统阈值算法 . 红外与激光工程, 2016, 45(3): 322003-0322003(6). doi: 10.3788/IRLA201645.0322003
[13]	梁生, 刘腾飞, 盛新志, 娄淑琴, 张克. 基于空间域差分的φ-OTDR光纤分布式扰动传感器定位方法研究 . 红外与激光工程, 2016, 45(6): 622005-0622005(5). doi: 10.3788/IRLA201645.0622005
[14]	丁秀昕, 张晞, 王洪波, 李立京, 李勤, 钟翔. 调制频率对φ-OTDR 分布式光纤扰动传感系统动态性能的影响 . 红外与激光工程, 2015, 44(1): 210-214.
[15]	李勤, 王洪波, 李立京, 梁生, 钟翔. 基于Michelson 干涉仪的光纤分布式扰动传感器 . 红外与激光工程, 2015, 44(1): 205-209.
[16]	钟翔, 张春熹, 李立京, 李勤. 激光器频率漂移对相位敏感光时域反射计性能影响研究 . 红外与激光工程, 2015, 44(1): 91-95.
[17]	吕其英, 李立京, 王洪波, 李勤, 钟翔. φ-OTDR的分布式光纤扰动传感系统光源参数影响 . 红外与激光工程, 2014, 43(12): 3918-3923.
[18]	张春熹, 李勤, 李立京, 梁生, 钟翔. 基于Sagnac组合型干涉仪的光纤分布式扰动传感器 . 红外与激光工程, 2014, 43(10): 3378-3382.
[19]	王国松. 受激布里渊散射位相共轭激光器自调Q机理研究 . 红外与激光工程, 2013, 42(6): 1437-1442.
[20]	梁生, 盛新志, 娄淑琴, 陈京惠, 董宏辉. 基于Lissajous图形的光纤分布式扰动传感器定位方法 . 红外与激光工程, 2013, 42(7): 1896-1901.

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作者简介: 钟翔(1985-),男,博士生,主要从事光纤传感方面的研究。Email:zhx2005zhwh@126.com

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