换器；A:6与7的连接端口，信号从此处正向进入传感链路，或反向离开传感链路；B:7与8的连接端口，信号从此端口正向进入旋光镜，或反射出旋光镜；C:11、13、14的连接端口，信号从此端口正向进入第三光纤耦合器，或反向离开第三光纤耦合器；D:
13、14的连接端口，泵浦激光与光信号耦合的端口 ；E:15与下一个11的连接端口，信号从端口正向离开掺铒光纤，或反向进入掺铒光纤。
【具体实施方式】
[0039]现有的分布式光纤振动传感定位系统，包含振动信息的光信号往往强度较弱，信噪比较低，在进行长距离传感时系统精度较低，稳定性不够，多次重复测量又会导致系统响应时间长，实时性能较差。针对这些技术问题，本发明公开了一种基于双向光放大的超长距离分布式光传感方法及装置。该装置在直线型非对称萨格纳克干涉结构的传感链路上加入双向光放大器，对传感链路中的光信号进行功率放大，突破传统干涉结构的传感距离；利用干涉信号的频谱对沿线振动源进行监控定位，为使系统适应各种不同距离的传感链路，采用采样率自适应的数据处理方法来增加系统的适用性和精确性；设计带有监控的压控恒流激光器驱动电路和大动态范围增益可调的接收模块，保证超长距离传感结果的高信噪比和精确性，也避免了可能出现的信号饱和情况，增加系统稳定性。
[0040]下面结合附图对本发明进行进一步描述
[0041]一.基于双向光放大的超长距离分布式光传感方法
[0042]本方法包括以下步骤:
[0043]如图4所示，产生光强可调的宽谱光:压控恒流源电路18的输入电压受到处理器24控制，通过改变电压来改变驱动电流的大小，从而改变输出宽谱光的光功率。
[0044]参数动态可调的收发电路具体为:恒流源电路18输出预设恒定电流驱动宽带光源17，采样电路19将输出电流大小转化为电压，通过ADC 23传输给处理器24，监控输出电流大小，同时处理器24通过DAC 26控制压控恒流源18的输出电流大小，改变宽带光源17输出功率。TEC (Thermoelectric Cooling，热电冷却)驱动电路25监控宽带光源17工作温度并控制其恒定。
[0045]如图1所示，产生由振动信号调制的干涉光信号:终端的宽带光源I发出的光通过非对称直线型萨格纳克结构，两个方向的光先后在传感链路7中受到外界振动源干扰，产生相位差，在返回至终端的耦合器2时汇合产生干涉光信号，表现出光强变化。
[0046]具体而言，本发明基于直线型萨格纳克干涉仪和双向光放大的光信号相位调制传感:宽谱光源I发出宽带光通过3X3光纤耦合器2，沿两光纤臂3，4传播，其中光纤臂3加入延时光纤5形成非对称干涉结构，两路光通过光纤耦合器6进入传感链路结构7，经过传输和放大后抵达法拉利旋光镜8，反方向延传感链路传输并再次放大，然后再依次通过光纤耦合器6和光纤臂3，4，沿链路3-6-8-6-4和4-6_8-6_3传播的两路光在3 X 3光纤耦合器处汇集产生干涉光信号。当传感链路受到外界振动信号的扰动时，将引起传感光纤中两路传输光相位发生变化，传输光正反方向两次通过超长距离传感链路时受双向光放大器放大光功率，汇合时形成高信噪比的相位调制传感光信号，由光电探测器9，10接收探测信号光的强度变化，进行实时数据分析处理，即可检测沿传感链路发生的振动事件，实现超长距离分布式振动传感。
[0047]如图2所示，信号光的传输放大:通过在直线型萨格纳克干涉结构传感链路中加入双向光放大结构12，信号光在双方向传输过程中得到光功率放大。具体而言，光信号从A端口进入传感链路，连接单模光纤11，再连接双向光放大器结构12，如此交替连接形成超长距离传感链路，B端口连接法拉第旋光镜。当信号光进入传感链路，通过单模光纤11传输，功率衰减，再通过双向光放大器12补偿光功率，交替通过实现超长距离传输。
[0048]如图3所示，基于掺铒光纤的双向光功率放大结构12:980nm波长激光器作为泵谱光源13从D端口接入光纤耦合器14，E端口接一段掺铒光纤15作为增益介质，不接入隔离器以保证正向和反向光都能通过且得到光功率放大。当信号光从C向E传输时，980nm光通过光纤耦合器14同向耦合进掺铒光纤15，对信号光进行同向泵浦功率放大；当信号光从E向C传输时，980nm光反向耦合进掺铒光纤15，对信号光进行反向泵浦功率放大。当传感链路7中单模传输光纤11每增加一定长度(如80km)，加入一个双向光放大器12补偿光功率损耗，调整掺铒光纤14长度和泵浦光源13的光功率使双向光放大器12的增益等于增长单模传输光纤11额外带来的损耗，从而保持通过传感链路7的输出信号光功率不变，实现信号光在传感链路7中超长距离传输。
[0049]如图4所示，信号光的光电接收:通过2路光电探测器20 (包括图1中的9和10)将光信号转变为光电流，利用跨阻放大器21将其转化为电压信号，加入可编程仪表放大器22对接收电路的增益进行大范围调整，针对不同光功率得到高信噪比且不失真的电压信号。
[0050]具体而言，光探测器20接收传感链路中回来的信号光，产生的光电流通过跨阻放大器21转化为电压值，由可编程仪表放大器22对信号进行第二级放大，通过ADC 23将信号传给处理器24，对信号进行分析处理计算，同时处理器24通过DAC 27对可编程仪表放大器22的增益系数进行设定，调整电压放大倍数。当接入的传感链路长度增大时，通过处理器24设定更高的驱动电流，增大宽带光源17的输出功率，加大可编程仪表放大器22的放大倍数，增大系统的信噪比。当接入的传感链路长度减小时，通过处理器24设定更小的驱动电流，减小光源功率，同时减小可编程仪表放大器22的放大倍数，避免信号饱和。
[0051]如图5所示，数据处理和振动定位:采集存储信号并进行解调，得到信号中的相位信息，初步定位后计算初步定位距离，选取响应的特定采样频率进行大量采样分析，提高定位精度。
[0052]二.基于双向光放大的超长距离分布式光传感装置
[0053]1.基于双向光放大的超长距离分布式光传感系统装置
[0054]本装置结构如图1所示，包括:宽谱光源I，3 X 3光纤耦合器2，光纤臂3，4，延时线圈5，光纤耦合器6，超长距离传感链路7，法拉第旋光镜8，及光电探测器9，10，依次按光路连接。
[0055]本装置工作原理是:单路超长距离传感链路7沿监测区域周界铺设，宽谱ASE (Amplified Spontaneous Emiss1n，放大自发福射)光源I作为系统光源，其光谱宽度约为8nm，连接至3 X 3光纤耦合器2 —个进口端，将耦合器中一个出口端做宏弯处理避免端面反射光，宽谱光通过3 X 3光纤耦合器2后会被1:1分为两路光进入两光纤臂3、4，其中在光纤臂3中加入了一定长度(如0.5km)的单模光纤作为延时线圈5形成非对称结构，两路光通过光纤耦合器6进入传感链路7。如图2所示，在超长距离传感链路中，信号光首先从A向B端口正向传输，每通过一定长度(如80km)的单模传输光纤11后进入一个双向光放大结构12。如图3所不，在双向光放大结构中，传输光从C端口通过光纤親合器14进入一段掺铒光纤15，同时980nm泵浦光13从D端口通过光纤耦合器14对信号光进行同向泵浦光放大，得到放大的信号光从E端口进入下一段单模传输光纤，经过一定长度(如80km)传输后进入下一个双向光放大结构12，信号光在链路中交替传输和放大，当到达法拉第旋光镜8时原路返回，再次进入超长距离传感链路7。在双向光放大器结构12中，光反方向从E端口向C端口传输进入掺铒光纤，而泵浦光从D端口通过光纤耦合器14进入掺铒光纤对信号光进行反向泵浦光放大，放大后的光信号从C端口进入下一段单模传输光纤，交替传输放大后依次通过光纤耦合器6和光纤臂3、4，在3 X 3光纤耦合器2处汇合形成干涉，用2只光电探测器9、10对干涉光信号进行接收。
[0056]当传感光纤链路中某一处或多出受到外界振动干扰时，两个方向的传输光先后受到相位调制而产生相位差，这个时间差带来的相位变化将反应出振动源的位置信息，将光电探测器9、10收到的信号传输至控制模块进行实时数据处理即可以监测传感链路沿线的振动事件。
[0057]2.适用于各长度传感链路的可控光收发模块结构
[0058]本装置结构如图4所示，包括:光探测链路16，宽谱光源17，负反馈恒流源电路18，电流采样电路19，DAC 26，27，TEC控制电路25，光电探测器20，跨阻抗放大器21，可编程仪表放大器22，ADC 23，及MCU 24。
[0059]本装置工作原理是:光源驱动模块采用压控负反馈恒流源18输出电流，该电路输出电流由输入端电压给定，电流采样电路19对输出的电流进行采样并将结果通过ADC 23输出给处理器24，同时处理器通过DAC 26调整