一种散射型分布式光纤振动传感装置的制作方法

1.本发明涉及光纤传感技术领域，尤其是一种散射型分布式光纤振动传感装置。


背景技术：

2.分布式光纤传感技术在过去的二十年中得到了快速发展，该技术能够覆盖长测量范围，同时沿传感光纤保持高空间分辨率，根据工作原理，分布式光纤传感技术可分为基于干涉测量和散射测量的系统，其中，基于干涉测量的分布式光纤振动传感装置通常采用两个反向传播的干涉测量结构，通过两个干涉仪之间的信号到达时间延迟来定位振动位置，定位较差；基于散射测量的分布式光纤振动传感装置主要利用高相干的脉冲激光并探测rayleigh(瑞利)背向散射光，以监测沿传感光纤的振动时间，定位精度高。对于散射型分布式光纤振动传感装置，一般要求入射脉冲激光的线宽非常窄，通常是几千赫兹，甚至更低，激光光源的成本极为昂贵。另外，还有几个关键问题会降低散射型分布式光纤振动传感装置的传感性能，为信号干涉衰落、有限的频率响应范围和低信噪比。其中信号干涉衰落源于瑞利背向散射信号的相消干涉，并导致光纤沿线出现监测盲点。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有很好的抑制信号干涉衰落，准确还原传感光纤沿线的振动信号的散射型分布式光纤振动传感装置。
4.本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
5.一种散射型分布式光纤振动传感装置，包括激光器、掺铒光纤放大器、第一光纤耦合器、移频器、第二光纤耦合器、光纤环形器、光电探测器、带通滤波器和数据采集模块，所述激光器的输出端与所述掺铒光纤放大器的输入端连接，所述掺铒光纤放大器连接所述第一光纤耦合器，所述第一光纤耦合器的输出一端直接连接所述第二光纤耦合器，所述第一光纤耦合器的另一输出端通过所述移频器连接第二光纤耦合器，所述第二光纤耦合器连接所述光纤环形器的第一端口，所述光纤环形器的第二端口连接传感光纤，通过调整所述第一光纤耦合器和第二光纤耦合器之间的光纤长度，来调整入射所述传感光纤的两个不同频率的脉冲激光的时间间隔，所述光纤环形器的第三端口连接所述光电探测器，所述光电探测器通过带通滤波器连接所述数据采集模块；
6.所述激光器发出脉冲激光，经所述掺铒光纤放大器放大为高峰值功率的脉冲激光，经所述第一光纤耦合器分光，其中一路直接进入所述第二光纤耦合器的一路输入端，另外一路经所述移频器后进入所述第二光纤耦合器的另一路输入端，所述第二光纤耦合器的输出端和所述光纤环形器的第一端口连接，所述光纤环形器的第二端口和传感光纤连接，所述传感光纤返回的瑞利背向散射光经所述光纤环形器的第三端口传输至所述光电探测器，所述光电探测器的输出信号经带通滤波器后进入所述数据采集模块。
7.优选的，所述激光器与掺铒光纤放大器之间连接有外调制器，所述激光器发出连续激光，经外调制器后将连续激光调制为脉冲激光。
8.优选的，所述外调制器为开关型半导体光放大器、声光调制器、电光调制器的一种。
9.优选的，所述激光器为线宽10千赫兹至10兆赫兹的半导体激光器或光纤激光器。
10.优选的，所述移频器为光纤型声光调制器。
11.优选的，所述第一光纤耦合器为1*2光纤耦合器，其分光比为30:70，并且70％那路进入移频器，可以补偿移频器插入损耗造成的脉冲激光强度下降。
12.优选的，所述第二光纤耦合器为1*2光纤耦合器，其分光比为50:50。
13.优选的，所述带通滤波器的中心频率为所述移频器的工作频率。
14.优选的，所述光电探测器为铟镓砷雪崩光电二极管或带有前置光纤放大器的铟镓砷光电二极管。
15.本发明的优点和积极效果是：
16.本发明利用两个不同频率的脉冲激光所产生的瑞利背向散射光的拍频信号，实现传感光纤沿线振动信号探测，对激光器的线宽的要求大大降低，并且能够很好的抑制信号的干涉衰落，准确还原传感光纤沿线的振动信号，传感装置的性价比和稳定性更加优越。
附图说明
17.图1是本发明的第一实施例的装置结构示意图；
18.图2是本发明的第二实施例的装置结构示意图。
具体实施方式
19.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
20.需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
21.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
22.以下结合附图对本发明实施例做进一步详述：
23.如图1所示，本发明所述的一种散射型分布式光纤振动传感装置，包括激光器、掺铒光纤放大器、第一光纤耦合器、移频器、第二光纤耦合器、光纤环形器、光电探测器、带通滤波器和数据采集模块，激光器的输出端与掺铒光纤放大器的输入端连接，掺铒光纤放大器连接第一光纤耦合器，第一光纤耦合器的输出一端直接连接第二光纤耦合器，第一光纤耦合器的另一输出端通过移频器连接第二光纤耦合器，第二光纤耦合器连接光纤环形器的
第一端口，光纤环形器的第二端口连接传感光纤，通过调整第一光纤耦合器和第二光纤耦合器之间的光纤长度，来调整入射传感光纤的两个不同频率的脉冲激光的时间间隔，光纤环形器的第三端口连接光电探测器，光电探测器通过带通滤波器连接数据采集模块，带通滤波器的中心频率为移频器的工作频率。
24.激光器发出脉冲激光，经掺铒光纤放大器放大为高峰值功率的脉冲激光，经第一光纤耦合器分光，其中一路直接进入第二光纤耦合器的一路输入端，另外一路经移频器后进入第二光纤耦合器的另一路输入端，第二光纤耦合器的输出端和光纤环形器的第一端口连接，光纤环形器的第二端口和传感光纤连接，传感光纤返回的瑞利背向散射光经光纤环形器的第三端口传输至光电探测器，光电探测器的输出信号经带通滤波器后进入数据采集模块。
25.上述结构及连接方式为分布式光纤振动传感装置的第一实施例，即图1中的结构，本发明的分布式光纤振动传感装置的第二实施例如图2所示，在第一实施例的激光器与掺铒光纤放大器之间增设外调制器，其余结构不变，激光器发出连续激光，经外调制器后将连续激光调制为脉冲激光。
26.在本发明的分布式光纤振动传感装置的第一实施例和第二实施例中，外调制器选用开关型半导体光放大器、声光调制器、电光调制器的一种，本方案中优选开关型半导体光放大器，激光器为线宽10千赫兹至10兆赫兹的半导体激光器或光纤激光器，移频器为光纤型声光调制器，第一光纤耦合器为1*2光纤耦合器，其分光比为30:70(并且70％那路进入移频器用于补偿移频器插入损耗造成的脉冲激光强度下降)，第二光纤耦合器为1*2光纤耦合器，其分光比为50:50，光电探测器为铟镓砷雪崩光电二极管(ingaas apd)或带有前置光纤放大器的铟镓砷光电二极管(ingaas pin)。
27.掺铒光纤放大器，即edfa，它可以实现脉冲激光的放大，实现高峰值功率输出。
28.具体实施时，本发明中脉冲激光，经第一光纤耦合器分光，其中一路直接进入第二光纤耦合器的一路输入端，另外一路经移频器后进入第二光纤耦合器的另一路输入端，第二光纤耦合器的输出端和光纤环形器的第一端相连，此时入射到传感光纤的脉冲激光是由两个不同频率的脉冲激光构成的。通过调整第一光纤耦合器和第二光纤耦合器之间的光纤长度，可以调整这两个不同频率的脉冲激光的时间间隔。由于脉冲激光的线宽较小，这两个不同频率的脉冲激光所产生的瑞利(rayleigh)背向散射光会相互作用，从而产生拍频信号，拍频信号的频率位于移频器的工作频率附近，并且会随传感光纤外界振动的变化而变化。这两个不同频率的脉冲激光所产生的瑞利背向散射光以及相互作用产生的拍频信号，经光纤环形器后被光电探测器进行光-电转换，光电探测器的输出信号经带通滤波器后获得拍频信号产生的中频信号，从而实现光纤外界振动的信息。由于两个不同频率的脉冲激光是同时或者几乎同时入射到传感光纤的，因此在脉冲激光的相干长度范围内，这两个不同频率的脉冲激光所产生的瑞利背向散射光均会产生拍频信号，对激光器的线宽要求大大降低。另一方面，脉冲激光的线宽相对较大，加之这两个不同频率的脉冲激光所产生的瑞利背向散射光几乎没有时延，强度及相位也基本一致，因此能够很好的抑制信号干涉衰落，从而准确还原传感光纤沿线的振动信号。
29.本发明利用两个不同频率的脉冲激光所产生的瑞利背向散射光的拍频信号，实现传感光纤沿线振动信号探测，对激光器的线宽的要求大大降低，并且能够很好的抑制信号
的干涉衰落，准确还原传感光纤沿线的振动信号，传感装置的性价比和稳定性更加优越。
30.需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。