引用本文:

孙廷玺,徐龙海,王升,等. 基于偏振分集技术的分布式光纤声波传感系统[J]. 光通信技术,2020,44(8):5-9.

基于偏振分集技术的分布式光纤声波传感系统

孙廷玺1,徐龙海2,王 升1,谢 峰2,黄毓华1

(1.广东电网有限责任公司珠海供电局,广东 珠海 519000;2.无锡联河光子技术有限公司,江苏 无锡 214000)

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摘要:分布式光纤声波传感(DAS)系统中的单模光纤存在双折射现象,导致光纤输出的光偏振态发生变化,与参考光偏振状态不匹配从而产生偏振衰落现象。设计了一套基于偏振分集技术的DAS系统,将瑞利散射光分别与2种状态的偏振参考光相干后进行光/电转换和数据采集,消除了偏振衰落现象的产生,从而减少DAS系统的漏、误报率,大幅提升了系统的实用性。实验结果表明:在DAS系统中,采用偏振分集技术可以完全消除光纤沿线由于偏振衰落造成的系统误判,提高DAS系统报警准确度。

关键词:偏振衰落;光纤传感;瑞利散射;衰落噪声;振动检测

中图分类号:TN914 文献标志码:文章编号:1002-5561(2020)08-0005-05

DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2020.08.002

0 引言
       分布式光纤声波传感(DAS)技术是一种利用光纤后向瑞利散射干涉效应实现声波信号连续分布式探测的新型传感技术[1-2]。作为光纤测量和光纤传感的核心技术,DAS利用相干瑞利散射光的相位而非光强来检测声波频率范围内的振动信号,其特点是利用相位幅值大小可以线性测量振动信号强度信息,从而可以定量分析光纤所受振动强度大小。
  DAS系统中,由于光纤中输出光的偏振态与参考光偏振状态不匹配,导致产生偏振衰落现象。偏振衰落现象具体表现为信号光和参考光的拍频信号幅度随机涨落,严重影响了系统的漏、误报率。目前,解决偏振衰落的方法主要有保偏光纤消偏振法[3]、法拉第旋镜法[4]、输入偏振态控制法[5]和高速偏振调制法[6]等。其中,保偏光纤消偏振法要求必须使用保偏光纤,导致系统价格昂贵,不适合用于长距离测量;法拉第旋镜法可以彻底解决偏振衰落问题,但它只适合用于Michelson干涉仪中,使用范围有限;输入偏振态控制法通过调节输入偏振态实现光纤的抗偏振衰落,但是在光反射仪测量时,它无法实现所有通道的抗偏振衰落;高速偏振调制法虽然可以在输入端实现抗偏振衰落,但是无法消除传输光纤偏振扰动带来的相位噪 声[7-14]。基于此,本文采用偏振分集技术来消除偏振衰落现象,从而降低DAS系统漏、误报,提升系统实用性。

3 结束语
       DAS系统中,由于瑞利散射光和参考光干涉时本振光与瑞利散射光偏振状态不匹配,导致相干波形幅值发生起伏变化,其发生偏振衰落的位置就是波形幅值较低的位置。本文采用偏振分集技术,将瑞利散射光和参考光分成2种偏振状态分别干涉,避免2路相干波形在探测光纤同一位置发生偏振衰落。将采集到的P光和S光解调出相位后合并求取相位标准差,最终解决了偏振衰落对系统造成的影响。实际测试证明了该方法可以有效降低偏振衰落造成的系统漏、误报,大幅提升DAS系统相位解调的准确性。此外,本方法较为简单,且具有成本优势,因此有望应用于实际DAS系统中以减少漏、误报率,对DAS系统在海底电缆状态监测方面的推广应用具有重要意义。