1.融合混沌光源和相干探测的复合型分布式光纤传感系统,其特征是系统包括激光器模块、偏振控制模块、第一光开关、第一耦合器、脉冲调制加扰偏模块、第二耦合器、反馈装置、第三耦合器、第二光开关、EDFA光放大器、环形器、光纤、第三光开关、第四耦合器、第四光开关、第五光开关、平衡光电探测器、数据采集模块、数据分析处理模块和显示模块;系统根据监测需要选择使用相干光时域反射仪或混沌光时域反射仪;光路连接方式如下:激光器模块与偏振控制模块相连后接包含1个输入端口,2个输出端口的第一光开关的输入端口;第一光开关的第1输出端口接包含1个输入端口、2个输出端口的第一耦合器的输入端口,第一耦合器设有两路输出,其中一路输出经脉冲调制加扰偏模块接包含2个输入端口、1个输出端口的第二光开关的第1输入端口,另一路输出接到包含2个输入端口、2个输出端口的第四耦合器的第1输入端口;第一光开关的第2个输出端口接包含1个输入端口、2个输出端口的第二耦合器的输入端口,第二耦合器具有两路输出端,其中一路输出接包含1个输入端口、2个输出端口的第三耦合器,另一路输出接到反馈装置;第三耦合器的第1路输出端口接包含2输入端口、1个输出端口的第二光开关的第2路输入端口,第三耦合器的第2输出端口接第四光开关的第2输入端口;第二光开关的输出端口接EDFA光放大器的输入,EDFA光放大器的输出端口接环形器的第1端口,环形器的第2端口接待测光纤,环形器的第3端口接包含1个输入端口、2个输出端口的第三光开关的输入端口;第三光开关的第1输出端口与第四耦合器的第2输入端口相连,第三光开关的第2输出端口与包含2个输入端口、1个输出端口的第五光开关的第2个输入端口相连;第四耦合器具有两路输出端分别接第四光开关和第五光开关的第1个输入端口;第四光开关和第五光开关的输出端口分别接到平衡光电探测器的两个光耦合输入端;平衡光电探测器的输出端口连接数据采集模块的数据采集输入端口;数据采集模块的输出端连接数据分析处理模块;数据分析处理模块的输出端口连接显示模块。
2.根据权利要求1的光纤传感系统,其特征是光开关组合输出两种连接方式:第一种连接方式为:激光器模块(1)与偏振控制模块(2)相连后接第一光开关(3)的输入端口,第一光开关(3)拨向第一输出端口接第一耦合器(4)输入端口,第一耦合器(4)的第1输出端口接脉冲调制加扰偏模块(5),脉冲调制加扰偏模块(5)接第二光开关(9)的第一输入端口,第一耦合器(4)的第2输出端口接到第四耦合器(14)的第1输入端口,第二光开关(9)的输出端口接EDFA(10)光放大器,EDFA(10)光放大器的输出端口接环形器(11)的第1端口,环形器(11)的第2端口接待测光纤(12),环形器(11)的第3端口接入第三光开关(13)的输入端口,第三光开关的第1输出端口与第四耦合器(14)的第2输入端口相连,第四耦合器(14)的两路输出端分别接到第四光开关(15)的第1输入端口和所述第五光开关(16)的第1输入端口,第四光开关(15)的输出端口和第五光开关(16)的输出端口分别接到平衡光电探测器(17)的两个光耦合输入端;平衡光电探测器(17)的差分输出端口连接数据采集模块(18)的数据采集第1输入端口;数据采集模块(18)的输出端连接数据分析处理模块(19);数据分析处理模块(19)的输出端口连接显示模块(20);
第二种连接方式为:激光器模块(1)与偏振控制模块(2)相连后接第一光开关(3)的输入端口,第一光开关(3)拨向第2输出端口接第二耦合器(6)输入端口,第二耦合器(6)的两路输出端,第1输出端口接第三耦合器(8),第2输出端口接到反馈装置(7),第三耦合器(8)的第1输出端口接第二光开关(9)的第2输入端口,第二光开关(9)的输出端口接EDFA(10)光放大器,EDFA(10)光放大器的输出端口接环形器(11)的第1端口,环形器的第2端口接待测光纤(12),环形器(11)的第3端口接入第三光开关(13)的输入端口,第三光开关(13)拨向第
2输出端口与第五光开关(16)的第2输入端口相连;第三耦合器(8)的第2输出端口和第四光开关(15)的第2输入端口相连,第四光开关(15)的输出端口和第五光开关(16)的输出端口分别接到所述平衡光电探测器(17)的两个光耦合输入端;平衡光电探测器(17)的两直流输出端口分别连接数据采集模块(18)的数据采集卡的第2和第3输入端口;数据采集模块(18)的输出端连接数据分析处理模块(19);数据分析处理模块(19)的输出端口连接显示模块(20)。
3.根据权利要求1或2所述的光纤传感系统,其特征在于系统中的反馈装置(7)是形成混沌激光的装置。
4.根据权利要求1或2所述的光纤传感系统,其特征在于系统中的平衡光电探测器(17)的带宽既满足相干探测的需求又能满足混沌信号监测的需求,所述系统充分利用平衡光电探测器(17)的三个电输出端口,其中差分输出信号用于相干传感监测方案,直流输出端口用混沌传感监测方案。
5.根据权利要求2所述的光纤传感系统,其特征在于系统中的数据采集模块(18)与平衡光电探测器(17)的三个电输出端口相对应有三个电信号接收端口专门用于采集传感系统监测所得信号。
6.根据权利要求2所述的光纤传感系统,其特征在于,系统中的数据分析处理模块(19)对第一种相干探测传感方法即分布式相干光时域传感方法,所得的信号直接进行放大、降噪、滤波基本处理后对传感器的特征曲线进行特征识别、关键点提取分析处理;数据分析处理模块(19)对第二种混沌传感方法即分布式混沌光时域传感方法所得的信号要先将平衡光电探测器(17)的负直流输出端口获得的信号全部变为符号相反的数据、即变换为与正直流输出端口符号一致的数据,然后再做相应的相关数据处理,继而通过对数据进行放大、降噪、滤波基本处理后对传感器的特征曲线进行特征识别、关键点提取分析处理。
7.根据权利要求1-6之一所述的系统的光纤传感方法,其特征在于系统实现两种传感方法:一种是分布式相干光时域传感方法,另一种是分布式混沌光时域传感方法;即激光器发射的信号或经光开关接到一条光路经耦合器直接将激光信号分为直流参考光和探测光信号,后将探测光调制成探测光脉冲;或经光开关接到另外一条光路产生混沌光信号并利用耦合器将其分为混沌探测光和混沌参考光;光脉冲或混沌探测光信号经光开关进入EDFA光放大器放大后进入环形器或直接经光开关进入环形器;环形器散射/反射回探测端的光信号或与直流参考光信号经耦合器相干后接入平衡光电探测器的两个输入端口进行相干探测,或与经光纤传输到探测端的混沌参考光一起经光开关分别接至平衡光电探测器的两个输入端口进行直接探测,利用数据采集模块和数据分析处理模块获取监测结果,并将监测结果输出到显示模块,实现光纤链路的故障监测。
8.根据权利要求1-6之一所述的系统的光纤传感方法,其特征在于第一种传感方法:基于相干探测的分布式光时域传感方法,对应第一种光路连接方式,其监测步骤如下:
1)所述激光器模块(1)输出的直流光信号经偏振控制模块(2)进入第一光开关(3)后送至第一耦合器(4)的输入端口,第一耦合器(4)将输入信号分成两路:其中一路由脉冲调制加扰偏模块(5)调制成探测光脉冲,光脉冲经第二光开关(9),被EDFA(10)光放大器放大后,经环形器(11)进入待测光纤(12)形成探测信号;另一路光信号接到第四耦合器(14)作为参考光信号;
2)待测光纤(12)的背向反射/散射光经环形器(11)、第三光开关后送至第四耦合器(14),参考光信号与反射/散射光信号在第四耦合器(14)中相干;
3)相干后的信号由第四耦合器(14)的两输出端口输出并分别经第四光开关(15)和第五光开关(16)接到平衡光电探测器(17)的两个光耦合输入端;平衡光电探测器(17)将探测到的差分信号经差分输出端口送至数据采集模块(18)的第一输入端口;
4)数据采集模块(18)将电信号进行模数转换并存储后送到数据分析处理模块(19);
5)数据分析处理模块(19)通过对数据进行放大、降噪、滤波基本处理后对传感器的监测曲线进行特征识别、关键点提取分析处理找出相应的可疑故障点,并通过显示模块(20),给出监测结果;
第二种传感方法:基于混沌光源的分布式光时域传感方法,对应第二种光路连接方式,其监测步骤如下:
1)激光器模块(1)输出的直流光信号经偏振控制模块(2)进入第一光开关(3)送至第二耦合器(6),第二耦合器(6)将输入光信号分成两路,其中一路接第三耦合器(8),另一路接到反馈装置(7),反馈装置(7)与激光器模块(1)一起形成的混沌信号光经第三耦合器(8)分成两路,其中一路作为混沌参考光信号经光纤送至第四光开关(15),另一路作为混沌探测光信号送至第二光开关(9);
2)第二光开关(9)输出的混沌光信号被EDFA(10)光放大器放大后,经环形器(11)进入待测光纤(12),待测光纤(12)的背向反射/散射光再经环形器(11)送至第三光开关(13)后直接送至第五光开关(16);
3)第四光开关(15)和第五光开关(16)的输出信号分别耦合至平衡光电探测器(17)的两个光耦合输入端;平衡光电探测器(17)的两直流信号分别由数据采集模块(18)的第2输入端口和第3输入端口采集;
4)数据采集模块(18)将第2、3输入端口接收到的数据进行模数转换并存储后送入数据分析处理模块(19);
数据分析处理模块(19)先将所采集的由平衡光电探测器(17)的负直流输出端口输出的信号全部变为符号相反的数据、即变换为与正直流输出端口所获数据符号一致的数据,然后经相关数据处理,继而再对数据进行放大、降噪、滤波基本处理,而后对所获的监测曲线进行特征识别、关键点提取分析处理找出相应的可疑故障点,并通过显示模块(20)给出监测结果。