光纤振动检测装置和方法
【专利摘要】本发明公开了一种光纤振动检测装置和方法，其中，该装置包括激光器、第一光处理电路、第二光处理电路和第一光纤放大器。第一光处理电路将激光器产生的光源信号进行调制和放大处理，第二光处理电路的第一波分复用器获取经过第一光处理电路进行调制和放大处理的光源信号，第一光纤放大器对第一波分复用器获取的光源信号进行放大处理，使第一波分复用器将经过第一光纤放大器放大处理的光源信号发送到装置外部以及接收从装置外部返回的光源信号。第二光处理电路的第一光电探测器将返回的光源信号转换并输出相应的模拟信号。通过上述方式，本发明能够提升光纤输出功率以增加感测距离，使得感测结果较为准确。
【专利说明】光纤振动检测装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光纤传感【技术领域】，特别是涉及一种光纤振动检测装置和方法。
【背景技术】
[0002]现有的光纤传感系统，作用于光纤上的外界扰动信号，根据光弹效应，引起光纤中传输光的相位变化，通过干涉方法，获得包含外界扰动信息的两路干涉光干涉信号。对干涉信号进行光电转换、放大、A/D转换等处理，得到包含外界扰动信息的数字信号。通常，在监控方设置服务器以对得到的光干涉信号、数字信号等进行处理，实现光纤传感振源的检测。但是，这种系统中的光纤的传输距离受限于自发放大辐射和有害的非线性效应，普通的光纤传感系统通常的感测距离较短。但是，通过级联放大增加光纤传感系统的感测距离则结构复杂，成本昂贵。因此，现有的光纤传感系统，其感测距离受限于光纤输出功率，在远距离铺设光纤所形成的系统中容易出现感测结果不准确的情况。
【发明内容】
[0003]本发明主要解决的技术问题是提供一种光纤振动检测装置和方法，能够提升光纤输出功率以增加感测距离，使得感测结果较为准确。
[0004]为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是:提供一种光纤振动检测装置，所述装置包括:激光器，用于发射激光以产生光源信号；第一光处理电路，用于将所述激光器产生的光源信号进行调制和放大处理；第二光处理电路，包括第一波分复用器和第一光电探测器，其中，所述第一波分复用器用于获取经过所述第一光处理电路进行调制和放大处理的光源信号；第一光纤放大器，用于对所述第一波分复用器获取的光源信号进行放大处理，使所述第一波分复用器将经过所述第一光纤放大器放大处理的光源信号发送到装置外部以及接收从装置外部返回的光源信号；所述第一光电探测器将所述第一波分复用器接收到的返回的光源信号进行光电转换与正交解调处理以输出相应的模拟信号。
[0005]其中，所述第一光处理电路包括驱动器、调制器与第二光纤放大器；所述驱动器用于驱动所述调制器对所述激光器产生的光源信号进行调制处理，所述第二光纤放大器用于将经过所述调制器处理的光源信号放大。
[0006]其中，所述光纤放大器为掺铒光纤放大器。
[0007]其中，所述装置还包括第一光耦合器和第三光处理电路，所述第一光耦合器用于将经过所述第一光处理电路进行调制和放大处理的光源信号分为第一束子光源信号和第二束子光源信号，分别传输至所述第二光处理电路和第三光处理电路；所述第一波分复用器获取所述第一束子光源信号，将经过所述第一光纤放大器放大的所述第一束子光源信号通过布设的光纤发送到装置外部，以及接收当传输到装置外部的光源信号在光纤受到振动时被反射并通过光纤传输回装置的返回的光源信号；所述第三光处理电路包括:第二波分复用器，用于获取所述第二束子光源信号，并将经过所述第一光纤放大器放大的所述第二束子光源信号通过布设的光纤发送到装置外部，还用于接收当传输到装置外部的光源信号在光纤受到振动时被反射并通过光纤传输回装置的返回的光源信号；以及第二光电探测器，用于将所述第二波分复用器接收到的返回的光源信号进行光电转换与正交解调处理以输出相应的模拟信号。
[0008]其中，所述第一光处理电路还包括第二光耦合器，用于将所述第一波分复用器接收到的返回的光源信号分为两束，以传输到所述第一光电探测器；所述第二光处理电路还包括第三光耦合器，用于将所述第二波分复用器接收到的返回的光源信号分为两束，以传输到所述第二光电探测器。
[0009]其中，所述第一光纤放大器为拉曼光纤激光放大器。
[0010]为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是:提供一种光纤振动检测方法，所述方法包括:发射激光以产生光源信号；将所述光源信号进行调制和放大处理；接收经过调制和放大处理的光源信号并对所述光源信号进行放大处理，将放大后的所述光源信号发送至外部，以及接收从外部返回的光源信号；以及将所述返回的光源信号进行光电转换与正交解调处理以输出相应的模拟信号。
[0011]其中，所述接收经过调制和放大处理的光源信号并对所述光源信号进行放大处理，将放大的所述光源信号发送至外部，以及接收从外部返回的光源信号；以及将所述返回的光源信号进行光电转换与正交解调处理以输出相应的模拟信号的步骤具体为:将所述经过调制和放大处理的光源信号分为第一束子光源信号和第二束子光源信号；将所述第一束子光源信号和第二束子光源信号分别进行放大处理后通过布设的光纤发送到外部，以及接收当传输到外部的光源信号在光纤受到振动时被反射并通过光纤传输回的第一返回光源信号和第二返回光源信号，其中，所述第一返回光源信号为所述第一束子光源信号经过放大并发送至外部后返回的光源信号，所述第二返回光源信号为所述第二束子光源信号经过放大并发送至外部后返回的光源信号；将所述第一返回光源信号进行光电转换与正交解调处理以输出相应的第一模拟信号，以及将所述第二返回光源信号进行光电转换与正交解调处理以输出相应的第二模拟信号。
[0012]其中，所述将所述第一束子光源信号和第二束子光源信号分别进行放大处理后通过布设的光纤发送到外部，以及接收当传输到外部的光源信号在光纤受到振动时被反射并通过光纤传输回的第一返回光源信号和第二返回光源信号的步骤之后，还包括:将所述第一返回光源信号和所述第二返回光源信号均分为两束。
[0013]为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是:提供一种光纤振动检测方法，所述方法包括:发射激光以产生光源信号；将所述光源信号进行调制和放大处理；接收经过调制和放大处理的光源信号并将所述光源信号发送至外部，以及接收从外部返回的光源信号；以及将所述返回的光源信号进行光电转换与正交解调处理以输出相应的模拟信号。
[0014]本发明的有益效果是:区别于现有技术的情况，本发明利用第一光处理电路将激光器产生的光源信号进行调制和放大处理，并由第二光处理电路的第一波分复用器在第一光纤放大器作用下再次放大光源信号后发送到外部以接收返回的光源信号，使得第一光电探测器对返回的光源信号进行光电转换与正交解调处理以输出相应的模拟信号，实现光纤振动检测。本发明具有结构简单、成本低廉的优点，能够提升光纤输出功率以增加感测距离，使得感测结果较为准确。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本发明一种光纤振动检测装置的第一实施方式的结构示意图；
[0016]图2是本发明一种光纤振动检测装置的第二实施方式的结构示意图；
[0017]图3是本发明一种光纤振动检测装置的第三实施方式的结构示意图；
[0018]图4是本发明一种光纤振动检测方法的第一实施方式的流程示意图；
[0019]图5是本发明一种光纤振动检测方法的第二实施方式的流程示意图；
[0020]图6是本发明一种光纤振动检测方法的第三实施方式的流程示意图。
[0021]元件标号:
[0022]装置10、20、30
[0023]激光器11、21、31
[0024]第一光处理电路12、22、32
[0025]驱动器220、320
[0026]调制器221、321
[0027]第二光纤放大器222、322
[0028]盘纤盒323
[0029]可调衰减器 324
[0030]第二光处理电路13、23、33
[0031]第二光稱合器 332
[0032]第一波分复用器130、230、330、350
[0033]第一光电探测器131、231、331、351
[0034]第一光纤放大器14、24、34
[0035]第三光处理电路35
[0036]第二波分复用器350
[0037]第二光电探测器351
[0038]第三光稱合器 352
[0039]第一光稱合器 36
【具体实施方式】
[0040]为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
[0041]请参阅图1，为本发明一种光纤振动检测装置的第一实施方式的结构示意图。该装置10包括激光器11、第一光处理电路12、第二光处理电路13以及第一光纤放大器14。
[0042]该激光器11用于发射激光以产生光源信号。
[0043]该第一光处理电路12用于将该光源信号进行调制和放大处理。
[0044]该第二光处理电路13包括第一波分复用器130以及第一光电探测器(APD) 131。其中，该第一波分复用器130用于获取经过该第一光处理电路12进行调制和放大处理的光源信号。
[0045]该第一光纤放大器14用于对该第一波分复用器130获取的光源信号进行放大处理，使该第一波分复用器130将经过该第一光纤放大器14放大处理的光源信号发送到装置外部以及于接收从装置外部返回的光源信号。
[0046]该第一光电探测器131用于将该第一波分复用器130接收到的返回的光源信号进行光电转换与正交解调处理以输出相应的模拟信号。
[0047]请参阅图2，为本发明一种光纤振动检测装置的第二实施方式的结构示意图。该装置20包括激光器21、第一光处理电路22、第二光处理电路23以及第一光纤放大器24。
[0048]该激光器21用于发射激光以产生光源信号。
[0049]该第一光处理电路22用于将该光源信号进行调制和放大处理。其中，该激光器21接收处理器(图未示)发送的模拟信号以确保所发出的激光波长固定不变。
[0050]该第一光处理电路22包括驱动器220、调制器221与第二光纤放大器222。该驱动器220用于驱动该调制器221对该激光器21产的光源信号进行调制处理，该第二光纤放大器222用于将经过该调制器221处理的光源信号放大。
[0051]在本实施方式中，该第一光纤放大器24为拉曼光纤激光放大器,该第二光纤放大器222为掺铒光纤放大器。
[0052]该第二光处理电路23包括第一波分复用器230以及第一光电探测器231。
[0053]该第一波分复用器230用于获取经过该第一光处理电路22进行调制和放大处理的光源信号，该第一光纤放大器24对该第一波分复用器230获取的光源信号再次进行放大处理，使该第一波分复用器230将该放大的光源信号发送到装置外部以及接收从装置外部返回的光源信号。
[0054]该第一光电探测器231用于将该第一波分复用器230接收到的返回的光源信号进行光电转换与正交调解，从而输出相应的模拟信号。
[0055]其中，该第一波分复用器230能够通过同一根光纤将第一光电处理电路22发出的光源信号传输到装置外部，还能够接收从装置外部返回的光源信号。
[0056]请参阅图3，为本发明一种光纤振动检测装置的第三实施方式的结构示意图。该装置30包括激光器31、第一光处理电路32、第二光处理电路33以及第一光纤放大器34。
[0057]该激光器31用于发射激光以产生光源信号。
[0058]该第一光处理电路32用于将该光源信号进行调制和放大处理。
[0059]该第一光处理电路32包括驱动器320、调制器321与第二光纤放大器322。该驱动器320用于驱动该调制器321对该光源信号进行调制处理，该第二光纤放大器322用于将经过该调制器321处理的光源信号放大。其中，该第二光纤放大器322对经过该调制器321处理的光源信号再次进行放大，以放大该光源信号的功率从而提高信号传输距离。在本实施方式中，该第二光纤放大器322为掺铒光纤放大器。
[0060]在本实施方式中，该第一光处理电路32还包括盘纤盒323以及可调衰减器324。该激光器31发出的光源信号通过光纤进行传输以输送到该可调衰减器324，其中，该激光器31与该可调衰减器324之间多余的光纤缠绕在盘纤盒323中。该可调衰减器324用于衰减预定范围内的光源信号，该驱动器320接收处理器发出的TTL开关电平信号以驱动该调制器321对经过该可调衰减器324衰减后的光源信号进行调制处理。同样地，该调制器321发出的光源信号通过光纤进行传输以输送到该第二光纤放大器322，该调制器321与该第二光纤放大器322之间多余的光纤缠绕在盘纤盒323中。
[0061]该第二光处理电路33包括第一波分复用器330以及第一光电探测器331。
[0062]进一步地，该装置30还包括第三光处理电路35以及第一光耦合器36。其中，该第三光处理电路35包括第二波分复用器350以及第二光电探测器351。
[0063]该第一光稱合器36用于将经过该第二光纤放大器322放大处理的光源信号分为第一束子光源信号和第二束子光源信号，以分别传输至该第二光处理电路33和第三光处理电路35。
[0064]当第二光处理电路33接收该第一束子光源信号时，该第一波分复用器330将经过该第一光纤放大器34放大的第一束子光源信号发送到装置外部，传输到装置外部的光源信号在光纤受到振动时被反射并传输回装置，该第一波分复用器330还接收相应的从装置外部返回的光源信号。
[0065]在本实施方式中，该第二光处理电路33还包括第二光稱合器332,用于将该第一波分复用器330接收到的返回的光源信号分为两束。该第一光电探测器331将该第二光耦合器332输出的两束光源信号进行光电转换与正交调解,从而输出相应的模拟信号。
[0066]当第三光处理电路35接收该第二束子光源信号时，该第二波分复用器350将经过第一光纤放大器34放大的第二束子光源信号发送到装置外部，传输到装置外部的光源信号在光纤受到振动时被反射并传输回装置，该第二波分复用器350还接收相应的从装置外部返回的光源信号。
[0067]在本实施方式中，该第三光处理电路35还包括第三光稱合器352,用于将该第二波分复用器350接收到的返回的光源信号分为两束。该第二光电探测器351将该第三光耦合器352输出的两束光源信号进行光电转换与正交调解,从而输出相应的模拟信号。
[0068]在本实施方式中，该第一光纤放大器34为拉曼光纤激光放大器，该拉曼光纤激光放大器直接作用在该第一波分复用器330和第二波分复用器350上，使得经过该第一波分复用器330和第二波分复用器350的光源信号被放大后再传输到装置外部，从而增加光源信号的传输距离，以相应地增加检测距离。
[0069]在本实施方式中，该第一光I禹合器36、第二光f禹合器332以及第三光I禹合器352可以是分束器或者分光器。
[0070]请参阅图4，为本发明一种光纤振动检测方法的第一实施方式的流程示意图。该实施方式示出的光纤振动监测方法包括如下步骤:
[0071 ] 步骤S40，发射激光以产生光源信号。
[0072]步骤S41，将该光源信号进行调制和放大处理。
[0073]步骤S42，接收经过调制和放大处理的光源信号并对该光源信号进行放大处理，将放大后的该光源信号发送至外部，以及接收从外部返回的光源信号。
[0074]步骤S43，将该返回的光源信号进行光电转换与正交解调处理以输出相应的模拟信号。
[0075]请参阅图5，为本发明一种光纤振动检测方法的第二实施方式的流程示意图。该实施方式示出的光纤振动监测方法包括如下步骤:
[0076]步骤S50，发射激光以产生光源信号。
[0077]步骤S51，将该光源信号进行调制和放大处理。
[0078]步骤S52，将该经过调制和放大处理的光源信号分为第一束子光源信号和第二束子光源信号。
[0079]步骤S53，将该第一束子光源信号和第二束子光源信号分别进行放大处理后发送至外部，以及接收从外部返回的第一返回光源信号和第二返回光源信号。其中，该第一返回光源信号为该第一束子光源信号发送至外部后返回的光源信号，该第二返回光源信号为该第二束子光源信号发送至外部后返回的光源信号。
[0080]步骤S54，将该第一返回光源信号和第二返回光源信号均分为两束。
[0081]步骤S55，将该第一返回光源信号进行光电转换与正交解调处理以输出相应的第一模拟信号，以及将该第二返回光源信号进行光电转换与正交解调处理以输出相应的第二模拟信号。
[0082]请参阅图6，为本发明一种光纤振动检测方法的第三实施方式的流程示意图。该实施方式示出的光纤振动监测方法包括如下步骤:
[0083]步骤S60，发射激光以产生光源信号。
[0084]步骤S61，将该光源信号进行调制和放大处理。
[0085]步骤S62，接收经过调制和放大处理的光源信号并将该光源信号发送至外部，以及接收从外部返回的光源信号。
[0086]步骤S63，将该返回的光源信号进行光电转换与正交解调处理以输出相应的模拟信号。
[0087]本发明提供的一种光纤振动检测装置和方法，利用第一光处理电路将激光器产生的光源信号进行调制和放大处理，并由第二光处理电路的第一波分复用器在第一光纤放大器作用下再次放大光源信号后发送到外部以接收返回的光源信号，使得第一光电探测器对返回的光源信号进行光电转换与正交解调处理以输出相应的模拟信号，实现光纤振动检测。本发明具有结构简单、成本低廉的优点，能够提升光纤输出功率以增加感测距离，使得感测结果较为准确。
[0088]以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的【技术领域】，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
【权利要求】
1.一种光纤振动检测装置，其特征在于，所述装置包括: 激光器，用于发射激光以产生光源信号； 第一光处理电路，用于将所述激光器产生的光源信号进行调制和放大处理； 第二光处理电路，包括第一波分复用器和第一光电探测器，其中，所述第一波分复用器用于获取经过所述第一光处理电路进行调制和放大处理的光源信号； 第一光纤放大器，用于对所述第一波分复用器获取的光源信号进行放大处理，使所述第一波分复用器将经过所述第一光纤放大器放大处理的光源信号发送到装置外部以及接收从装置外部返回的光源信号；所述第一光电探测器将所述第一波分复用器接收到的返回的光源信号进行光电转换与正交解调处理以输出相应的模拟信号。
2.根据权利要求1所述的光纤振动检测装置，其特征在于，所述第一光处理电路包括驱动器、调制器与第二光纤放大器；所述驱动器用于驱动所述调制器对所述激光器产生的光源信号进行调制处理，所述第二光纤放大器用于将经过所述调制器处理的光源信号放大。
3.根据权利要求2所述的光纤振动检测装置，其特征在于，所述第二光纤放大器为掺铒光纤放大器。
4.根据权利要求1所述的光纤振动检测装置，其特征在于，所述装置还包括第一光耦合器和第三光处理电路，所述第一光耦合器用于将经过所述第一光处理电路进行调制和放大处理的光源信号分为第一束子光源信号和第二束子光源信号，分别传输至所述第二光处理电路和第三光处理电路；所述第一波分复用器获取所述第一束子光源信号，将经过所述第一光纤放大器放大的所述第一束子光源信号通过布设的光纤发送到装置外部，以及接收当传输到装置外部的光源信号在光纤受到振动时被反射并通过光纤传输回装置的返回的光源信号； 所述第三光处理电路包括: 第二波分复用器，用于获取所述第二束子光源信号，并将经过所述第一光纤放大器放大的所述第二束子光源信号通过布设的光纤发送到装置外部，还用于接收当传输到装置外部的光源信号在光纤受到振动时被反射并通过光纤传输回装置的返回的光源信号；以及 第二光电探测器，用于将所述第二波分复用器接收到的返回的光源信号进行光电转换与正交解调处理以输出相应的模拟信号。
5.根据权利要求4所述的光纤振动检测装置，其特征在于，所述第一光处理电路还包括第二光耦合器，用于将所述第一波分复用器接收到的返回的光源信号分为两束，以传输到所述第一光电探测器； 所述第二光处理电路还包括第三光耦合器，用于将所述第二波分复用器接收到的返回的光源信号分为两束，以传输到所述第二光电探测器。
6.根据权利要求1或4所述的光纤振动检测装置，其特征在于，所述第一光纤放大器为拉曼光纤激光放大器。
7.一种光纤振动检测方法，其特征在于，所述方法包括: 发射激光以产生光源信号； 将所述光源信号进行调制和放大处理； 接收经过调制和放大处理的光源信号并对所述光源信号进行放大处理，将放大后的所述光源信号发送至外部，以及接收从外部返回的光源信号；以及 将所述返回的光源信号进行光电转换与正交解调处理以输出相应的模拟信号。
8.根据权利要求7所述的光纤振动检测方法，其特征在于，所述接收经过调制和放大处理的光源信号并对所述光源信号进行放大处理，将放大的所述光源信号发送至外部，以及接收从外部返回的光源信号；以及将所述返回的光源信号进行光电转换与正交解调处理以输出相应的模拟信号的步骤具体为: 将所述经过调制和放大处理的光源信号分为第一束子光源信号和第二束子光源信号; 将所述第一束子光源信号和第二束子光源信号分别进行放大处理后通过布设的光纤发送到外部，以及接收当传输到外部的光源信号在光纤受到振动时被反射并通过光纤传输回的第一返回光源信号和第二返回光源信号，其中，所述第一返回光源信号为所述第一束子光源信号经过放大并发送至外部后返回的光源信号，所述第二返回光源信号为所述第二束子光源信号经过放大并发送至外部后返回的光源信号； 将所述第一返回光源信号进行光电转换与正交解调处理以输出相应的第一模拟信号，以及将所述第二返回光源信号进行光电转换与正交解调处理以输出相应的第二模拟信号。
9.根据权利要求8所述的光纤振动检测方法，其特征在于，所述将所述第一束子光源信号和第二束子光源信号分别进行放大处理后通过布设的光纤发送到外部，以及接收当传输到外部的光源信号在光纤受到振动时被反射并通过光纤传输回的第一返回光源信号和第二返回光源信号的步骤之后，还包括:将所述第一返回光源信号和所述第二返回光源信号均分为两束。
10.一种光纤振动检测方法，其特征在于，所述方法包括: 发射激光以产生光源信号； 将所述光源信号进行调制和放大处理； 接收经过调制和放大处理的光源信号并将所述光源信号发送至外部，以及接收从外部返回的光源信号；以及 将所述返回的光源信号进行光电转换与正交解调处理以输出相应的模拟信号。
【文档编号】G01H9/00GK104296858SQ201410535913
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年10月11日 优先权日:2014年10月11日
【发明者】刘博宇, 秦长伟, 曲洪权 申请人:深圳艾瑞斯通技术有限公司