一种微分相干时域散射型分布式光纤振动传感方法及系统的制作方法
【专利摘要】一种微分相干时域散射型分布式光纤振动传感方法及系统，包括：一个1×2光分路器，在1×2光分路器的合束端口上连接有激光器，一个分束端口依次连接一个延迟光纤及第一3端口环形器的1号端口，此3端口环形器2号端口连接传感光缆中一根光纤，3号端口依次连接有偏振控制器及2×1光合路器的一个分束端口；另一分束端口直接连接至第二3端口环形器的1号端口，此3端口环形器2号端口连接传感光缆中另一根光纤，3号端口依次连接另一延迟光纤、相位调制器及2×1光合路器的另一分束端口。2×1光合路器的合束端口连接有光电探测器。激光器发出的脉冲光在传感光缆的两根光纤中形成的背向散射光信号，在2×1光合路器的合束端口相干。
【专利说明】一种微分相干时域散射型分布式光纤振动传感方法及系统
【技术领域】
[0001]本发明是一种微分相干时域散射型分布式光纤振动传感方法及系统，涉及分布式光纤传感【技术领域】以及光学相干检测领域。
【背景技术】
[0002]光纤传感技术是上世纪七八十年代伴随光纤通信技术的发展而迅速发展起来的技术，它以激光为通信载体，光纤为通信媒质，感知和传输外界被测量信号的新型传感技术。光纤传感器具有测量灵敏度高、抗电磁干扰、抗辐射、耐高压、耐腐蚀、体积小、重量轻、适应恶劣环境等诸多优点，并且光纤元件本身既是探测元件又是传输元件，可以在光纤干线上连接许多光纤传感单元组成大范围的遥感系统，进行分布式监测与测量。
[0003]分布式光纤传感技术可以连续测量沿光纤分布的物理量，并且可获得这些量的空间分布状态。大多数分布式传感技术主要用来测量一些静态量或缓变量，目前已近取得了很高的指标。但在气液管道监测、火灾报警和周界安防等应用场合，需要传感器可以探测和定位声音、振动等时变扰动。目前，分布式光纤振动传感技术主要有长距离干涉技术、相干光时域反射技术。
[0004]基于长距尚干涉技术的分布式振动传感系统主要通过干涉仪的频率响应与扰动位置相关来实现振动的分布式测量，很难实现多点振动事件的检测和定位。相干时域散射型分布式光纤振动传感系统通过相干测量光脉冲在传感光纤中产生的背向散射光的相位变化来感知外界振动和定位，具有定位算法简单，可以实现多点振动事件的同时检测和定位。相干测量技术主要有两种:普通相干及微分相干。采用普通相干测量的方法，环境温度、压力等缓慢变化对振动的检测存在较大的影响。采用微分相干测量的方法，对环境温度、压力等缓慢变化不敏感，对突发事件敏感，更适合用于周界入侵事件检测和气液管道的监测。
[0005]目前微分相干时域散射型分布式光纤振动传感系统存在功率损耗大，存在多个盲区，传感距离短的缺点。在工程施工中，需要在传感光缆中添加光纤盘避开盲区，施工难度大，同时系统的稳定性也受到较大的影响。这些缺点都限制了具有低环境噪声高振动事件、感知灵敏度等特点的微分相干时域散射型分布式光纤振动传感系统的市场应用。
【发明内容】
[0006]本发明提供一种微分相干时域散射型分布式光纤振动传感方法及系统，本发明通过双延迟光纤、3端口环形器、双光纤传感光缆的结合，形成了双脉冲光一背向散射光直线式微分干涉结构，实现了传感光缆中被外界振动信号相位调制的背向散射光波的微分相干检测，对突发振动事件具有高灵敏度，对缓变的环境参量不敏感，信噪比高，与传统的微分相干时域散射型分布式光纤振动传感系统相比，具有光路损耗小，灵敏度高、无传感盲区，连续大传感动态等优点。
[0007]本发明采用如下技术方案:
[0008]—种微分相干时域散射型分布式光纤振动传感方法，激光器输出的脉冲光并由IX 2光分路器分成两个脉冲光，
[0009]一个脉冲光经过一个延迟光纤，传输到第一 3端口环形器的I号端口，经过第一 3端口环形器的2号端口，传输到传感光缆中的一根传感光纤中，并在所述的一根传感光纤中发生散射，产生的背向散射光，所述背向散射光以与所述的一根传感光纤中的一个脉冲光传输方向相反的方向传输到所述的第一 3端口环形器的2号端口，依次经过所述的第一3端口环形器的3号端口以及偏振控制器传输到2X1光合路器；
[0010]另一个脉冲光经过直接传输到第二 3端口环形器的I号端口，经过第二 3端口环形器的2号端口，传输到所述的传感光缆中的另一根传感光纤中，并在所述的另一根传感光纤中发生散射，产生的背向散射光，所述背向散射光以与所述的另一根传感光纤中的另一个脉冲光传输方向相反的方向传输到所述的第二 3端口环形器的2号端口，依次经过所述的第二 3端口环形器的3号端口、另一个延迟光纤及相位调制器，传输到2X I光合路器；
[0011]两束背向散射光在2X1光合路器的合束端口干涉后，传输到光电探测器。所述的一个延迟光纤(31)与另一个延迟光纤(32)的纤芯折射率相同，长度差AL与所述的激光器(O的线宽Af满足如下关系:
【权利要求】
1.一种微分相干时域散射型分布式光纤振动传感方法，其特征在于，激光器(I)输出的脉冲光并由1X2光分路器(21)分成两个脉冲光， 一个脉冲光经过一个延迟光纤(31)，传输到第一 3端口环形器(41)的I号端口(4101),经过第一3端口环形器(41)的2号端口(4102),传输到传感光缆(8)中的一根传感光纤(81)中，并在所述的一根传感光纤(81)中发生散射，产生的背向散射光，所述背向散射光以与所述的一根传感光纤(81)中的一个脉冲光传输方向相反的方向传输到所述的第一 3端口环形器(41)的2号端口(4102)，依次经过所述的第一 3端口环形器(41)的3号端口(4103)以及偏振控制器(5)传输到2X1光合路器(22)； 另一个脉冲光经过直接传输到第二 3端口环形器(42)的I号端口，经过第二 3端口环形器(42)的2号端口(4202),传输到所述的传感光缆(8)中的另一根传感光纤(82)中，并在所述的另一根传感光纤(82)中发生散射，产生的背向散射光，所述背向散射光以与所述的另一根传感光纤(82)中的另一个脉冲光传输方向相反的方向传输到所述的第二 3端口环形器(42)的2号端口(4202)，依次经过所述的第二 3端口环形器(42)的3号端口(4203),另一个延迟光纤(32)及相位调制器(6)，传输到2X I光合路器(22); 两束背向散射光在2 X I光合路器(22 )的合束端口干涉后，传输到光电探测器(7 )。
2.根据权利要求1所述的一种微分相干时域散射型分布式光纤振动传感方法，其特征在于，所述的一个延迟光纤(31)与另一个延迟光纤(32)的纤芯折射率相同，长度差AL与所述的激光器(I)的线宽Af满足如下关系:
3.一种微分相干时域散射型分布式光纤振动传感系统，其特征在于，包括:1X2光分路器(21)、传感光缆(8)及2X1光合路器(22)，在1X2光分路器(21)的合束端口上连接有激光器(I)， 在I X 2光分路器(21)的一个分束端口上连接有一个延迟光纤(31 )，且所述的I X 2光分路器(21)的一个分束端口与所述的一个延迟光纤(31)—端连接，所述的一个延迟光纤(31)的另一端连接有第一 3端口环形器(41)，且所述的一个延迟光纤(31)的另一端与第一 3端口环形器(41)的I号端口(4101)连接，所述的第一 3端口环形器(41)的2号端口(4102)与传感光缆(8)中的一根传感光纤(81)—端连接,所述的第一 3端口环形器(41)的3号端口(4103)连接有偏振控制器(5)且与偏振控制器(5)的一端连接，所述的偏振控制器(5)的另一端与2X1光合路器(22)的一个分束端口连接； 在1X2光分路器(21)的另一个分束端口上连接有第二 3端口环形器(42)且与第二 3端口环形器(42)的I号端口(4201)连接，所述的第二 3端口环形器(42)的2号端口(4202)与传感光缆(8)中的另一根传感光纤(82) —端连接，所述的第二 3端口环形器(42)的3号端口(4203)连接有另一个延迟光纤(32)且与所述的另一个延迟光纤(32)的一个端口连接，所述的另一个延迟光纤(32)的另一个端口连接有相位调制器(6)且与相位调制器(6)的一个端口连接，所述的相位调制器(6)的另一个端口与2X1光合路器(22)的另一个分束端口连接；所述的2 X I光合路器(22 )的合束端口连接有光电探测器(7 )。
4.根据权利要求3所述的一种微分相干时域散射型分布式光纤振动传感系统,其特征在于，所述的一个延迟光纤(31)与另一个延迟光纤(32)的纤芯折射率相同，长度差AL与所述的激光器(I)的线宽Af满足如下关系:
【文档编号】G01H9/00GK103630229SQ201310697910
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年12月18日 优先权日:2013年12月18日
【发明者】孙小菡, 潘超, 朱辉, 李明铭, 叶红亮, 赵澍慧 申请人:东南大学