CN203929276U - 一种基于共振技术的光信号检测处理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于共振技术的光信号检测处理系统，包括用于产生共振光信号和测试光信号的共振模块、用于将拉曼反射光从噪声中分离出来的滤光模块、用于进行光信号共振的光纤合路器、用于获取定标温度的定标光纤和用于传输增强后拉曼反射光的WDM器件；所述共振模块的测试光信号输出端和所述滤光模块的输入端分别连接所述定标光纤，所述共振模块的共振光信号输出端和所述滤光模块的输出端合并于所述光纤合路器中，所述光纤合路器的输出端连接所述WDM器件。本实用新型不仅能有效的提高光信号的质量，降低噪声的干扰，还可利用共振技术增强待测的拉曼反射光的光强，从而获得更高的检测灵敏度，不必采用高精密器件做信号处理，降低了检测成本。

Description

一种基于共振技术的光信号检测处理系统

技术领域

本实用新型属于光信号检测处理领域，尤其是涉及一种用于分布式光纤测温的光信号检测处理系统。

背景技术

光信号在光纤中的传播过程中，光纤的每一点都会产生反射，反射中有一小部分的反射光，其方向正好与入射光的方向相反(亦可称为后向)，这种后向反射光称为拉曼反射光，其光强度与光纤中的反射点的温度有一定的相关关系。利用这个现象，若能测出后向拉漫反射光的强度，就可以计算出反射点的温度，这就是利用拉漫反射光进行分布式光纤测温的基本原理。

在光信号检测领域，通常都是将光信号转换为电信号处理。但在这个过程中，采用光电二极管将光转换为相应的光电流，由于光信号非常微弱，导致光电流也非常小(nA级别)，对信号检测的器件和检测原理的要求非常的苛刻，给信号检测增加了难度。

另外，在光电检测中，噪声来源有多种，光在光纤传输中，由于存在多种散射，进而存在多种波长的光同在光纤中传输，到达光电二极管后都能够产生大小不等的光电流，给后续的测量产生了较大的误差；在信号放大和进行转换过程中，由于器件的失调电压等因素的影响，加之器件本身的噪声，都会给测量精度产生影响。

传统的光信号检测原理是：采用高精密前置放大器将信号放大，再采用滤波技术将有用信号分离出来，然后再将有用信号再次放大，得到能够被处理器或其他器件能够识别的电信号进行处理。但在检测过程中存在诸多影响测量精度的因素，例如放大器失调电压的影响，要求输入的光电流必须大于一定值才能被有效放大。而且，在采用拉曼散射原理的分布式光纤测温应用中，由于产生拉曼散射的光强很弱，容易被其他散射信号淹没，给测量增加了难度，由于光信号本身的问题，测温的精度也大打折扣。

发明内容

本实用新型要解决的问题是提供一种分布式光纤测温过程中的光信号检测处理系统，通过滤光技术将拉曼反射光从多种反射光及噪声中分离出来，并通过共振技术增强拉曼反射光的光强，从而提高分布式光纤测温的灵敏度。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种基于共振技术的光信号检测处理系统，包括用于产生共振光信号和测试光信号的共振模块、用于将拉曼反射光从噪声中分离出来的滤光模块、用于进行光信号共振的光纤合路器、用于获取定标温度的定标光纤和用于传输增强后拉曼反射光的WDM器件；所述共振模块的测试光信号输出端和所述滤光模块的输入端分别连接所述定标光纤，所述共振模块的共振光信号输出端和所述滤光模块的输出端合并于所述光纤合路器中，所述光纤合路器的输出端连接所述WDM器件。

其中，所述共振模块，包括激光器、波分复用器和传导光纤，激光器通过传导光纤连接波分复用器，波分复用器的一个输出端口连接定标光纤，波分复用器的另两个输出端口连接至光纤合路器。

进一步，所述激光器采用1550nm超窄线宽激光光源，波分复用器(12)采用拉曼1*3WDM分光器，型号MC1X3WDM-1550-MM-2-2-1；所述激光器发射波长为1550nm的光信号，经过波分复用器分成三束波长分别为：1450nm、1550nm和1663nm的光信号。

其中，滤光模块，包括光纤分路器和两个分别能透射斯托克斯光和反斯托克斯光的透光光栅，所述光纤分路器的输入端口连接定标光纤，所述光纤分路器的两个输出端口分别连接两个透光光栅。

进一步，所述光纤分路器采用路数可选的能量光纤分路器，两个透光光栅分别能透射波长为1450nm和1663nm的光信号。

本实用新型具有的优点和积极效果是：将共振原理应用于分布式光纤测温中，通过滤光模块将反射光中的拉曼反射光分离出来，并通过共振光信号与拉曼反射光进行共振，从而可增强拉曼反射光的光强，本实用新型不仅可有效的提高光信号的质量，降低噪声的干扰，还可利用增强的拉曼反射光获得更高的检测灵敏度，不必采用高精密器件做信号处理，降低了检测成本。

附图说明

图1是现有的分布式光纤测温系统的传感过程框图

图2本实用新型的原理框图

图3是本实用新型中共振模块的原理框图

图4是本实用新型中滤光模块的原理框图

图中：1-共振模块，11-激光器，12-波分复用器，13-传导光纤，2-滤光模块，21-光纤分路器，22-透光光栅，3-光纤合路器，4-定标光纤，5-WDM器件

具体实施方式

现有的分布式光纤测温系统的传感过程如图1所示：计算机控制同步脉冲发生器产生(PLD)具有一定重复频率的脉冲，这个脉冲一方面调制脉冲激光器，使之产生一系列大功率光脉冲，另一方面向高速数据采集卡提供同步脉冲，进入数据采集状态。光脉冲经过波分复用器的一个端口进入到传感光纤，并在传感光纤中各点处产生后向散射光，返回到波分复用器中。后向散射光通过波分复用器中的薄膜干涉滤光片分别滤出斯托克斯光和反斯托克斯光，经波分复用器的另外两个端口输出，并分别进入到光电检测器(APD)和放大器中进行光电转换和放大，将信号放大到数据采集卡能够采集的范围上。最后由数据采集卡进行存储和处理，用于温度的计算。

在机械振动中，当某一频率的振动接近物体的固有频率时，会产生共振现象，而共振现象也可用于光信号传播领域，本实用新型利用它来增强待测光信号(即拉曼反射光)的强度。下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细说明。

如图2所示，一种基于共振技术的光信号检测处理系统，包括：用于产生共振光信号和测试光信号的共振模块1、用于将拉曼反射光从噪声中分离出来的滤光模块2、用于进行光信号共振的光纤合路器3、用于获取定标温度的定标光纤4和用于传输增强后拉曼反射光的WDM器件5；所述共振模块1的测试光信号输出端和所述滤光模块2的输入端分别连接所述定标光纤4，所述共振模块1的共振光信号输出端和所述滤光模块2的输出端合并于所述光纤合路器3中，所述光纤合路器3的输出端连接所述WDM器件5。

共振模块1的测试光信号输出端输出的光信号经过定标光纤4进入传感光纤，该光信号会在传感光纤中发生各种多种反射，产生的多种反射光及噪声会重新经过定标光纤4，并进入与定标光纤4相连接的滤光模块2中，而滤光模块2只允许拉曼反射光通过；同时，共振模块1的共振光信号输出端输出两束分别与拉曼反射光中的斯托克斯光和反斯托克斯光波长相同的共振光信号，两束共振光信号与拉曼反射光中的斯托克斯光和反斯托克斯光在光纤合路器3中产生共振现象，使得拉曼反射光得以增强，最后增强的斯托克斯光和反斯托克斯光经过WDM器件5的两个端口输出至数据处理装置中，从而可获得更准确的分布式光纤测温的数据。

具体地，光纤合路器3可选用上海光曦通信技术有限公司的能量光纤分路器/合路器，路数可选；WDM器件5采用1*3WDM分光器，可选用深圳市铭创光电有限公司的拉曼1X3WDM，型号MC1X3WDM-1550-MM-2-2-1。

其中，图3示出了共振模块的一种实施方式：共振模块1，包括激光器11、波分复用器12和传导光纤13，激光器11通过传导光纤13连接波分复用器12，波分复用器12的一个输出端口连接图1中的定标光纤4，波分复用器12的另两个输出端口连接至图1中的光纤合路器3。

激光器11用于发射光信号，其所发射的光信号经过波分复用器12分成三束波长不同的光信号，其中一束为测试光信号，测试光信号通过波分复用器12的一个端口进入定标光纤4并传输至传感光纤中，并在传感光纤中发生拉曼发射，产生拉曼反射光；另两束光信号的波长分别与拉曼反射光中的斯托克斯光和反斯托克斯光的波长相同，即为前述的共振光信号，两束共振光信号通过波分复用器12的另两个输出端口进入光纤合路器3，并在光纤合路器3中与拉曼反射光产生共振，共振后增强的拉曼反射光从光纤合路器的输出端传入图1的WDM器件5中。

具体地，为了减少激光光源对测温精度的影响，激光器11可选用北京佰特光通科技有限公司的1550nm超窄线宽激光光源，激光器11选择发射波长为1550nm的光信号，经过波分复用器12分成三束波长分别为：1450nm、1550nm和1663nm的光信号，其中波分复用器12可选用深圳市铭创光电有限公司的拉曼1X3WDM，型号MC1X3WDM-1550-MM-2-2-1，波分复用器12输出的1450nm光信号与反斯托克斯光同波长，1663nm光信号与斯托克斯光同波长；而波分复用器12输出的1550nm光信号作为测试光信号且传输至传感光线中，并产生拉曼反射光：波长为1450nm的反斯托克斯光和波长为1663nm的斯托克斯光。拉曼反射光与波分复用器12输出的两束共振光信号产生共振，从而拉曼反射光的波长得以增大。

其中，图4示出了滤光模块2的一种实施方式：滤光模块2，包括光纤分路器21和两个分别能透射斯托克斯光和反斯托克斯光的透光光栅22，所述光纤分路器21的输入端口连接图1中的定标光纤4，所述光纤分路器21的两个输出端口分别连接两个透光光栅22。

光纤分路器接收到从定标光纤4传来的各种反射光，各种反射光经过光纤分路器21分成两路，两路反射光分别通过两个透射光栅22，其中只有斯托克斯光和反斯托克斯光可以通过透射光栅22，从而得以将拉曼反射光从众多反射光和噪声中分离出来。

具体地，光纤分路器21可选用上海光曦通信技术有限公司的能量光纤分路器/合路器，其路数可选，透光光栅22分别能透射波长为1450nm和1663nm的光信号，即与前文所述的共振模块中的拉曼反射光相对应。

本实用新型的工作原理是：共振模块1中的激光器11发射波长为1550nm的光信号，经过波分复用器12分为三束波长分别为：1450nm、1550nm和1663nm的光信号，1550nm的测试光信号经过定标光纤4传输至传感光纤中，并在传感光纤中发生反射，产生的多种反射光，其中的拉曼反射光为1450nm的反斯托克斯光和1663nm的斯托克斯光，多种反射光共同返回至定标光纤4并传输到滤光模块2中，由于滤光模块2中的透光光栅22只能透射1450nm和1663nm的光信号，因此透光光栅22将除拉曼反射光外的其它反射光及噪声挡住，透射的斯托克斯光和反斯托克斯光与共振模块1中波分复用器12输出的两束1450nm和1663nm的共振光信号的波长相同，拉曼反射光与共振光信号在光纤合路器3中发生共振，从而拉曼反射光的波长得以增大。

以上对本实用新型的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本实用新型的专利涵盖范围之内。

Claims (8)

1.一种基于共振技术的光信号检测处理系统，其特征在于：包括用于产生共振光信号和测试光信号的共振模块(1)、用于将拉曼反射光从噪声中分离出来的滤光模块(2)、用于进行光信号共振的光纤合路器(3)、用于获取定标温度的定标光纤(4)和用于传输增强后拉曼反射光的WDM器件(5)；所述共振模块(1)的测试光信号输出端和所述滤光模块(2)的输入端分别连接所述定标光纤(4)，所述共振模块(1)的共振光信号输出端和所述滤光模块(2)的输出端合并于所述光纤合路器(3)中，所述光纤合路器(3)的输出端连接所述WDM器件(5)。

2.根据权利要求1所述的光信号检测处理系统，其特征在于：光纤合路器(3)采用路数可选的能量光纤合路器；WDM器件(5)采用拉曼1*3WDM分光器，型号MC1X3WDM-1550-MM-2-2-1。

3.根据权利要求1所述的光信号检测处理系统，其特征在于：共振模块(1)，包括激光器(11)、波分复用器(12)和传导光纤(13)，激光器(11)通过传导光纤(13)连接波分复用器(12)，波分复用器(12)的一个输出端口连接定标光纤(4)，波分复用器(12)的另两个输出端口连接至光纤合路器(3)。

4.根据权利要求3所述的光信号检测处理系统，其特征在于：所述激光器(11)采用1550nm超窄线宽激光光源；波分复用器(12)采用拉曼1*3WDM分光器，型号MC1X3WDM-1550-MM-2-2-1。

5.根据权利要求4所述的光信号检测处理系统，其特征在于：激光器(11)发射波长为1550nm的光信号，波分复用器(12)输出三束波长分别为：1450nm、1550nm和1663nm的光信号。

6.根据权利要求1所述的光信号检测处理系统，其特征在于：滤光模块(2)，包括光纤分路器(21)和两个分别能透射斯托克斯光和反斯托克斯光的透光光栅(22)，所述光纤分路器(21)的输入端口连接定标光纤(4)，所述光纤分路器(21)的两个输出端口分别连接两个透光光栅(22)。

7.根据权利要求6所述的光信号检测处理系统，其特征在于：所述光纤分路器(21)采用路数可选的能量光纤分路器。

8.根据权利要求6所述的光信号检测处理系统，其特征在于：两个透光光栅(22)分别能透射波长为1450nm和1663nm的光信号。