本发明涉及振动信号检测领域，特别涉及一种振动信号检测系统及其装配方法。
背景技术：
相位敏感光时域反射(英文：phase-sensitive optical time-domainreflectometer；简称：Φ-OTDR)技术又被称为基于相干瑞利散射的光时域反射技术，该技术可以利用窄线宽连续激光在传感光纤中发出的后向瑞利散射光信号，检测光纤周围振动信号，由于基于Φ-OTDR技术的光纤振动检测系统具有定位精度高、灵敏度高的特点，被广泛应用于围栏入侵检测、长输油气管道检测、边界安防等领域。
相关技术中，基于Φ-OTDR技术的光纤振动检测系统一般包括：窄线宽激光器、声光调制器、光纤环形器、前置放大器、光纤滤波器和光电探测器，因为随着检测距离的延长，后向瑞利散射光信号会变弱，光电探测器接收到的后向瑞利散射光信号微弱，导致对振动信号的检测困难，所以通常在光纤环形器的端口设置前置放大器(一般采用两级掺铒光纤放大器)，通过前置放大器提高检测信号的强度，再在前置放大器和光电探测器之间连接光纤滤波器，用来滤除前置放大器放大后向瑞利散射光信号的过程中产生的自发受激辐射(英文：Amplified Spontaneous Emission；简称：ASE)噪声。
但是，由于光纤滤波器的带宽(一般在50千兆赫兹至100千兆赫兹)远大于窄线宽激光器的线宽(一般小于3千赫兹)，在使得激光脉冲发出的后向瑞利散射光信号通过光纤滤波器的同时，也会使得前置放大器放大后向瑞利散射光信号时产生的处于光纤滤波器的通带范围内的ASE噪声通过，导致通过光纤滤波器的ASE噪声较大，降低了信号的信噪比(英文：SIGNAL-NOISE RATIO；简称：SNR)。
技术实现要素：
为了解决现有技术中通过光纤滤波器的ASE噪声较大，降低了信号的信噪比的问题，本发明实施例提供了一种振动信号检测系统及其装配方法。所述技术方案如下：
一方面，提供了一种振动信号检测系统，包括：
窄线宽激光器、前置放大器和光电探测器，以及位于所述前置放大器和所述光电探测器之间的级联的至少两个光纤滤波器，所述窄线宽激光器与所述前置放大器连接，所述至少两个光纤滤波器的带宽相等，且为x，所述窄线宽激光器能够产生连续激光；
所述至少两个光纤滤波器的通带存在重合部分，且所述重合部分的带宽y满足：n≤y＜x；
其中，所述n为所述窄线宽激光器的线宽，所述窄线宽激光器的线宽在所述重合部分的通带范围内。
可选的，所述系统还包括：
依次连接在所述窄线宽激光器和所述前置放大器之间的声光调制器、功率放大器和第一光纤环形器。
可选的，所述至少两个光纤滤波器包括：一个中心波长固定的光纤滤波器和至少一个中心波长可调的光纤滤波器。
可选的，所述一个中心波长固定的光纤滤波器的中心波长与所述连续激光的中心波长相等。
可选的，所述至少两个光纤滤波器包括至少两个光纤光栅滤波器。
可选的，所述系统还包括：至少两个第二光纤环形器，所述至少两个光纤光栅滤波器与所述至少两个第二光纤环形器的个数相等且一一对应连接。
可选的，所述至少两个光纤滤波器中所有的光纤滤波器均为中心波长可调的光纤滤波器。
可选的，所述x为50千兆赫兹。
可选的，所述至少两个光纤滤波器中每个光纤滤波器为带通型光纤滤波器。
可选的，所述连续激光的中心波长为1550纳米；
所述窄线宽激光器的线宽小于3千赫兹。
可选的，所述系统还包括：与所述第一光纤环形器连接的传感光纤。
另一方面，提供了一种振动信号检测系统装配方法，包括：
提供窄线宽激光器、前置放大器和光电探测器；
提供至少两个光纤滤波器，所述至少两个光纤滤波器包括：第一光纤滤波器和第二光纤滤波器，所述窄线宽激光器的线宽在第一光纤滤波器的通带范围内，所述至少两个光纤滤波器的带宽相等，且为x；
将所述窄线宽激光器与所述前置放大器连接；
将所述至少两个光纤滤波器级联在所述前置放大器和所述光电探测器之间，调整所述至少两个光纤滤波器中至少一个光纤滤波器的中心波长，使得所述至少两个光纤滤波器的通带存在重合部分，且所述重合部分的带宽y满足：n≤y＜x；
其中，所述n为所述窄线宽激光器的线宽。
可选的，所述将所述窄线宽激光器与所述前置放大器连接，包括：
将所述窄线宽激光器通过依次连接的声光调制器、功率放大器和第一光纤环形器连接所述前置放大器。
可选的，所述至少两个光纤滤波器包括：一个中心波长固定的光纤滤波器和至少一个中心波长可调的光纤滤波器，
所述调整所述至少两个光纤滤波器中至少一个光纤滤波器的中心波长，包括：
调整所述至少一个中心波长可调的光纤滤波器的中心波长。
可选的，所述至少两个光纤滤波器中所有的光纤滤波器均为中心波长可调的光纤滤波器，
所述调整所述至少两个光纤滤波器中至少一个光纤滤波器的中心波长，包括：
调整所述至少两个光纤滤波器中每个光纤滤波器的中心波长。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
本发明实施例提供的振动信号检测系统及其装配方法，通过至少两个光纤滤波器级联，将该至少两个光纤滤波器的通带的重合部分作为级联的光纤滤波器的通带，与单个光纤滤波器相比，减小了通带的带宽，在使得激光脉冲发出的后向瑞利散射光信号通过级联的光纤滤波器的通带的同时，滤除了处于级联的光纤滤波器的通带范围之外的前置放大器产生的ASE噪声，当通过级联的光纤滤波器的噪声减小时，相应的，噪声的电压有效值也减小，从而提高了信号的信噪比。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1-1是本发明实施例提供的一种振动信号检测系统的结构示意图；
图1-2是本发明实施例提供的窄线宽激光器的线宽的示意图；
图2-1是本发明实施例提供的一种窄线宽激光器的线宽与光纤滤波器的通带的关系示意图；
图2-2是本发明实施例提供的另一种窄线宽激光器的线宽与光纤滤波器的通带的关系示意图；
图2-3是本发明实施例提供的另一种振动信号检测系统的结构示意图；
图2-4是本发明实施例提供的一种窄线宽激光器的线宽与光纤光栅滤波器的通带的关系示意图；
图3是本发明实施例提供的一种振动信号检测系统装配方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本发明实施例提供了一种振动信号检测系统，如图1-1所示，包括：
窄线宽激光器101、前置放大器102和光电探测器103，以及位于前置放大器102和光电探测器103之间的级联的至少两个光纤滤波器104，窄线宽激光器101与前置放大器102连接，该至少两个光纤滤波器104的带宽相等，且为x，该窄线宽激光器101能够产生连续激光。该连续激光可以指的是1秒内输出的在10的6次方以上的激光。
该至少两个光纤滤波器104的通带存在重合部分，且重合部分的带宽y满足：n≤y＜x；其中，n为窄线宽激光器101的线宽，该窄线宽激光器101的线宽在重合部分的通带范围内。
需要说明的是，光纤滤波器的通带指的是能让信号通过的频率通带，光纤滤波器的带宽指的是光纤滤波器的通带的宽度，也即是通带的频率范围差；窄线宽激光器的线宽指的是窄线宽激光器产生的激光的频率范围，具体的，如图1-2所示，在频域范围内测量窄线宽激光器产生的激光的光谱强度，光谱强度的峰值V的一半(V/2)对应的两个频率(w1、w2)的差值即为窄线宽激光器的线宽n。窄线宽激光器产生的连续激光可以在声光调制器的调制下转化成激光脉冲。
此外，信号的信噪比公式为：SNR＝20LOG(Vs/Vn)；其中，Vs表示信号的电压有效值，Vn表示噪声的电压有效值，SNR(信噪比)的单位为dB(分贝)，LOG(Vs/Vn)表示取(Vs/Vn)的对数。
综上所述，本发明实施例提供的振动信号检测系统，通过至少两个光纤滤波器级联，将该至少两个光纤滤波器的通带的重合部分作为级联的光纤滤波器的通带，与单个光纤滤波器相比，减小了通带的带宽，在使得激光脉冲发出的后向瑞利散射光信号通过级联的光纤滤波器的通带的同时，滤除了处于级联的光纤滤波器的通带范围之外的前置放大器产生的ASE噪声，当通过级联的光纤滤波器的噪声减小时，相应的，噪声的电压有效值也减小，从而提高了信号的信噪比。
需要说明的是，该振动信号检测系统可以是Φ-OTDR系统。
其中，该至少两个光纤滤波器中的每个光纤滤波器都为带通型光纤滤波器，且该至少两个光纤滤波器的带宽x都是固定的，都可以为50GHz(千兆赫兹)；窄线宽激光器产生的连续激光的中心波长为1550纳米，该窄线宽激光器的线宽小于3kHz(千赫兹)。其中，激光的波长与频率成反比：波长＝光速/频率。
可选的，该振动信号检测系统中设置有至少两个光纤滤波器可以包括以下三种情况：
第一种情况，应用于如图1-1所示的振动信号检测系统中，该至少两个光纤滤波器可以包括：一个中心波长固定的光纤滤波器和至少一个中心波长可调的光纤滤波器。假设该至少两个光纤滤波器包括：中心波长固定的第一光纤滤波器和中心波长可调的第二光纤滤波器，图2-1为窄线宽激光器的线宽n与两个光纤滤波器的通带的关系的示意图，如图2-1所示，横坐标为频率，单位为Hz，纵坐标为光谱强度，单位为分贝(dB)，其中，第一光纤滤波器104a的通带为M1，第二光纤滤波器104b的通带为M2，第一光纤滤波器和第二光纤滤波器的带宽均为x。
需要说明的是，窄线宽激光器的线宽在第一光纤滤波器的通带范围内。
可选的，如图2-1所示，该第一光纤滤波器的中心波长可以与连续激光的中心波长相等，也即是该第一光纤滤波器的中心波长可以为1550纳米。由于带通型光纤滤波器在中心波长处对信号的抑制作用最弱，所以当第一光纤滤波器的中心波长与连续激光的中心波长相等时，可以使得信号通过该第一光纤滤波器的损耗最小，也即是可以最大限度的通过激光脉冲所产生的后向瑞利散射光信号。
具体的，可以先将第一光纤滤波器与前置放大器连接，再在第一光纤滤波器的输出端串接第二光纤滤波器，将两个光纤滤波器级联后，调整第二光纤滤波器的中心波长，减小级联的光纤滤波器的通带的重合部分y，可选的，可以使得y＝n+x/2，其中，n为窄线宽激光器的线宽，保证光信号通过级联的光纤滤波器的同时，可以最大限度的滤除前置放大器产生的ASE噪声。在本发明实施例中，不限定第一光纤滤波器和第二光纤滤波器的位置，也可以将第二光纤滤波器与前置放大器连接，将第一光纤滤波器串接在第二光纤滤波器的输出端。
第二种情况，应用于如图1-1所示的振动信号检测系统中，该至少两个光纤滤波器中所有的光纤滤波器均可以为中心波长可调的光纤滤波器。假设该系统中设置有两个中心波长可调的光纤滤波器，图2-2为窄线宽激光器的线宽n与两个光纤滤波器的通带的关系的示意图，如图2-2所示，横坐标为频率，单位为Hz，纵坐标为光谱强度，单位为分贝(dB)，其中，两个光纤滤波器的通带分别为M3和M4，两个光纤滤波器的带宽均为x。
具体的，先将一个光纤滤波器(为了便于区分描述，称为光纤滤波器1)与前置放大器连接，调整光纤滤波器1的中心波长，使得窄线宽激光器的线宽在光纤滤波器1的通带范围内。再将另一个光纤滤波器(称为光纤滤波器2)接在光纤滤波器1的输出端，将两个光纤滤波器级联后，调整级联的光纤滤波器1和光纤滤波器2的中心波长，减小级联的两个光纤滤波器的通带的重合部分，保证光信号通过级联的光纤滤波器的同时，最大限度的滤除前置放大器产生的ASE噪声。
第三种情况，应用于如图2-3所示的振动信号检测系统中，该至少两个光纤滤波器均可以为光纤光栅滤波器，该系统还可以包括至少两个第二光纤环形器，光纤光栅滤波器的个数与第二光纤环形器的个数相同且一一对应连接。假设系统中设置有两个光纤光栅滤波器，则该系统中设置有两个第二光纤环形器，分别记为第二光纤环形器1091和第二光纤环形器1092。图2-4为窄线宽激光器的线宽n与两个光纤光栅滤波器的通带的关系示意图，如图2-4所示，横坐标为频率，单位为Hz，纵坐标为光谱强度，单位为分贝(dB)，其中，两个光纤光栅滤波器的反射通带分别为M5和M6，两个光纤光栅滤波器反射谱带宽均为x。
具体的，先将一个光纤光栅滤波器(为了便于区分描述，称为光纤光栅滤波器1)通过第二光纤环形器(为了便于区分描述，称为第二光纤环形器1)与前置放大器连接，使得窄线宽激光器的线宽在光纤光栅滤波器1的反射谱范围内。再将另一个光纤光栅滤波器(称为光纤光栅滤波器2)通过第二光纤环形器(称为第二光纤环形器2)连接在第二光纤环形器1的输出端，将两个光纤光栅滤波器通过两个第二光纤环形器级联后，调整光纤光栅滤波器1和光纤光栅滤波器2的反射谱中心波长，减小级联的两个光纤光栅滤波器反射谱的重合部分，保证光信号通过级联的光纤光栅滤波器的同时，最大限度的滤除前置放大器产生的ASE噪声。
进一步的，如图1-1所示，该系统还可以包括依次连接在窄线宽激光器101和前置放大器102之间的声光调制器105、功率放大器106和第一光纤环形器107。
需要说明的是，该系统还包括：与第一光纤环形器107连接的传感光纤108。
具体的，在如图1-1所示的振动信号检测系统中，窄线宽激光器101用于产生连续激光；声光调制器105与窄线宽激光器101连接，用于将窄线宽激光器101产生的连续激光调制为激光脉冲；功率放大器106与声光调制器105连接，用于对激光脉冲进行放大；放大后的激光脉冲经过第一光纤环形器107的端口107a传输至第一光纤环形器107内，再经过第一光纤环形器107的端口107b传输至与第一光纤环形器107连接的传感光纤108中，激光脉冲在传感光纤108内传输时，会产生后向瑞利散射光信号，激光脉冲产生的光信号可以经过第一光纤环形器107的端口107b传输至第一光纤环形器107内，再经过第一光纤环形器107的端口107c传输至与第一光纤环形器107连接的前置放大器102中，前置放大器102实现对光信号的放大；放大后的光信号经过级联的至少两个光纤滤波器104，传输至光电探测器103中；光电探测器103将光信号转化成数字信号，将数字信号通过输出端传输至上位机中，通过上位机对该数字信号进行检测。
可选的，上述至少两个光纤滤波器中的每个光纤滤波器可以为单个F-P谐振腔组成的光谱为洛伦兹谱线的光纤滤波器。可选的，为了更好的抑制级联的光纤滤波器的通带外的ASE噪声，上述至少两个光纤滤波器中的每个光纤滤波器可以为多个F-P谐振腔叠加组成的下降沿更为陡峭且顶部平滑的带通型光纤滤波器。
或者，如图2-3所示，该系统可以包括依次连接在窄线宽激光器101和前置放大器102之间的声光调制器105、功率放大器106和第一光纤环形器107。
具体的，在如图2-3所示的振动信号检测系统中，窄线宽激光器101用于产生连续激光；声光调制器105与窄线宽激光器101连接，用于将窄线宽激光器101产生的连续激光调制为激光脉冲；功率放大器106与声光调制器105连接，用于对激光脉冲进行放大；放大后的激光脉冲经过第一光纤环形器107的端口107a传输至第一光纤环形器107内，再经过第一光纤环形器107的端口107b传输至与第一光纤环形器107连接的传感光纤108中，激光脉冲在传感光纤108内传输时，会产生后向瑞利散射光信号，激光脉冲产生的光信号可以经过第一光纤环形器107的端口107b传输至第一光纤环形器107内，再经过第一光纤环形器107的端口107c传输至与第一光纤环形器107连接的前置放大器102中，前置放大器102实现对光信号的放大；放大后的光信号经过第二光纤环形器1091的端口1091 a传输至第二光纤环形器1091中，再经过第二光纤环形器1091的端口1091 b传输至与第二光纤环形器1091连接的光纤光栅滤波器104中，光纤光栅滤波器104对光信号进行滤除之后，光信号经过端口1091b传输至第二光纤环形器1091中，再经过第二光纤环形器1091的端口1091c进入第二光纤环形器1092中，第二光纤环形器1092也有三个端口，分别为端口1092a、端口1092b和端口1092c，具体工作过程可以参考第二光纤环形器1091的工作过程，在此不做赘述；光信号通过第二光纤环形器1092的端口1092c传输至光电探测器103；光电探测器103将光信号转化成数字信号，将数字信号通过输出端传输至上位机中，通过上位机对该数字信号进行检测。
综上所述，本发明实施例提供的振动信号检测系统，通过至少两个光纤滤波器级联，将该至少两个光纤滤波器的通带的重合部分作为级联的光纤滤波器的通带，与单个光纤滤波器相比，减小了通带的带宽，在使得激光脉冲发出的后向瑞利散射光信号通过级联的光纤滤波器的通带的同时，滤除了处于级联的光纤滤波器的通带范围之外的前置放大器产生的ASE噪声，当通过级联的光纤滤波器的噪声减小时，相应的，噪声的电压有效值也减小，从而提高了信号的信噪比，ASE噪声的减小也提高了光电探测器中的数据采集卡采集到的信号数据的精度，便于后续数据的处理。
本发明实施例提供了一种振动信号检测系统装配方法，如图3所示，包括：
步骤301、提供窄线宽激光器、前置放大器和光电探测器。
步骤302、提供至少两个光纤滤波器，该至少两个光纤滤波器包括：第一光纤滤波器和第二光纤滤波器，该窄线宽激光器的线宽在第一光纤滤波器的通带范围内，该至少两个光纤滤波器的带宽相等，且为x。
步骤303、将窄线宽激光器与前置放大器连接。
步骤304、将至少两个光纤滤波器级联在前置放大器和光电探测器之间，调整该至少两个光纤滤波器中至少一个光纤滤波器的中心波长，使得该至少两个光纤滤波器的通带存在重合部分，且重合部分的带宽y满足：n≤y＜x。
其中，所述n为所述窄线宽激光器的线宽。
需要说明的是，窄线宽激光器可以产生连续激光，该连续激光可以在声光调制器的调制下转化成激光脉冲。
综上所述，本发明实施例提供的振动信号检测系统装配方法，通过将至少两个光纤滤波器级联，将该至少两个光纤滤波器的通带的重合部分作为级联的光纤滤波器的通带，与单个光纤滤波器相比，减小了通带的带宽，在使得激光脉冲发出的后向瑞利散射光信号通过级联的光纤滤波器的通带的同时，滤除了处于级联的光纤滤波器的通带范围之外的前置放大器产生的ASE噪声，当通过级联的光纤滤波器的噪声减小时，相应的，噪声的电压有效值也减小，从而提高了信号的信噪比。
可选的，如图1-1所示，将窄线宽激光器101与前置放大器102连接，包括：将窄线宽激光器101通过依次连接的声光调制器105、功率放大器106和第一光纤环形器107连接前置放大器102。
可选的，该至少两个光纤滤波器可以包括：一个中心波长固定的光纤滤波器和至少一个中心波长可调的光纤滤波器，调整该至少两个光纤滤波器中至少一个光纤滤波器的中心波长，包括：调整至少一个中心波长可调的光纤滤波器的中心波长。
示例的，假设该至少两个光纤滤波器包括：中心波长固定的第一光纤滤波器和中心波长可调的第二光纤滤波器。具体的，可以先将第一光纤滤波器与前置放大器连接，再在第一光纤滤波器的输出端串接第二光纤滤波器，将两个光纤滤波器级联后，调整第二光纤滤波器的中心波长，减小级联的光纤滤波器的通带的重合部分y，可选的，可以使得y＝n+则2，其中，n为窄线宽激光器的线宽，保证光信号通过级联的光纤滤波器的同时，可以最大限度的滤除前置放大器产生的ASE噪声。在本发明实施例中，不限定第一光纤滤波器和第二光纤滤波器的位置，也可以将第二光纤滤波器与前置放大器连接，将第一光纤滤波器串接在第二光纤滤波器的输出端。
可选的，该至少两个光纤滤波器中所有的光纤滤波器均可以为中心波长可调的光纤滤波器，调整该至少两个光纤滤波器中至少一个光纤滤波器的中心波长，包括：调整该至少两个光纤滤波器中每个光纤滤波器的中心波长。
示例的，假设该系统中设置有两个中心波长可调的光纤滤波器。具体的，先将一个光纤滤波器(为了便于区分描述，称为光纤滤波器1)与前置放大器连接，调整光纤滤波器1的中心波长，使得窄线宽激光器的线宽在光纤滤波器1的通带范围内。再将另一个光纤滤波器(称为光纤滤波器2)接在光纤滤波器1的输出端，将两个光纤滤波器级联后，调整级联的光纤滤波器1和光纤滤波器2的中心波长，减小级联的两个光纤滤波器的通带的重合部分，保证光信号通过级联的光纤滤波器的同时，最大限度的滤除前置放大器产生的ASE噪声。
可选的，如图2-3所示，假设该系统中设置有两个光纤光栅滤波器。具体的，先将一个光纤光栅滤波器(为了便于区分描述，称为光纤光栅滤波器1)通过第二光纤环形器(为了便于区分描述，称为第二光纤环形器1)与前置放大器连接。再将另一个光纤光栅滤波器(称为光纤光栅滤波器2)通过第二光纤环形器(称为第二光纤环形器2)与第二光纤环形器1的输出端口相连。减小级联的两个光纤光栅滤波器的通带的重合部分，保证光信号通过级联的光纤光栅滤波器的同时，最大限度的滤除前置放大器产生的ASE噪声。
综上所述，本发明实施例提供的振动信号检测系统，通过至少两个光纤滤波器级联，将该至少两个光纤滤波器的通带的重合部分作为级联的光纤滤波器的通带，与单个光纤滤波器相比，减小了通带的带宽，在使得激光脉冲发出的后向瑞利散射光信号通过级联的光纤滤波器的通带的同时，滤除了处于级联的光纤滤波器的通带范围之外的前置放大器产生的ASE噪声，当通过级联的光纤滤波器的噪声减小时，相应的，噪声的电压有效值也减小，从而提高了信号的信噪比，ASE噪声的减小也提高了光电探测器中的数据采集卡采集到的信号数据的精度，便于后续数据的处理。
关于上述实施例中的振动信号检测系统装配方法，其中各个步骤执行操作的具体方式已经在有关该系统的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。