本发明涉及光纤传感技术领域，特别涉及一种抗干扰的分布式光纤振动传感系统。
背景技术
光纤传感技术广泛应用于大型工程结构的健康监测、输油管线保护、地质灾害预防等，其基本原理是利用外界信号(被测量)的扰动改变光纤中光(宽谱光或特定波长的光)的强度(即调制)，再通过测量输出光强的变化(解调)实现对外界信号的测量。光纤传感技术通过对外界振动的测量，使人们能够及时发现大型工程、输油管线等设施中存在的安全隐患，辅助人们进行地质灾害的预防，为人们的财产和生命安全提供保障。
在光纤传感技术中，分布式光纤振动传感系统是目前研究的热点。其中，基于双光束干涉原理的分布式光纤振动传感系统，因检测灵敏度高、检测距离长(60km)而获得广泛关注。基于双光束干涉原理的分布式光纤振动传感系统的工作原理是，利用两条单模光纤构成双光束干涉仪，两条光纤中其中一条作为参考臂，另外一条作为测试臂，两臂内传输的光信号形成干涉，再利用第三条单模光纤对干涉信号进行传输。光纤振动传感系统附近的振动会引起测试臂中传输信号的改变，通过对干涉信号的检测，可以确定振动信号的位置，以便于人们及时发现待检测环境中的问题。该技术在长输油气管道的检测方面，取得了良好的应用效果。
发明人发现现有技术至少存在以下技术问题：
利用现有技术提供的基于双光束干涉原理的分布式光纤振动传感系统进行长输油气管道的检测时，由于沿线环境复杂，干涉信号在传递过程中经常会受到火车通过、流水冲击等的影响，火车通过、流水冲击等形成的振动对长输油气管道的检测形成了干扰，不利于操作人员对长输油气管道安全情况的准确判断。
技术实现要素：
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供了一种能够抵抗预定区域内的振动干扰的光纤振动传感系统，具体技术方案如下：
本发明实施例提供了一种抗干扰的分布式光纤振动传感系统，包括：双光束干涉仪；第一耦合器，通过引导光纤与所述双光束干涉仪连接；第二耦合器，通过信号传输光纤与所述双光束干涉仪连接；参考光纤和测试光纤，两端均分别与所述第一耦合器和所述第二耦合器连接。
该光纤传感系统还包括：沿光信号的传输方向顺次设置在所述参考光纤上的第一光纤起偏器和第一偏振控制器；沿所述光信号的传输方向顺次设置在所述测试光纤上的第二光纤起偏器和第二偏振控制器。
具体地，作为优选，所述第一耦合器的分光比为1:1。
具体地，作为优选，在所述参考光纤和所述测试光纤上，沿所述光信号的传输方向，所述第一偏振控制器和所述第二偏振控制器下游0～3m范围内为屏蔽区间。
具体地，作为优选，一个所述第一光纤起偏器、一个所述第一偏振控制器、一个所述第二光纤起偏器、一个所述第二偏振控制器构成一个抗干扰单元，所述参考光纤和所述测试光纤上设置有至少一个抗干扰单元。
具体地，作为优选，所述参考光纤、所述测试光纤、所述引导光纤、所述信号传输光纤均为单模光纤。
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抗干扰的分布式光纤振动传感系统，在参考光纤上增加了第一光纤起偏器和第一偏振控制器，在测试光纤上增加了第二光纤起偏器和第二偏振控制器。通过第一光纤起偏器和第二光纤起偏器将双光束干涉仪中输出的椭圆偏振光变为线偏光，再通过第一偏振控制器和第二偏振控制器对线偏光进行调节，从而使参考光纤和测试光纤中传输的线偏光相互正交。而且，这种正交状态会在第一偏振控制器和第二偏振控制器下游的参考光纤和测试光纤中保持一定的距离(即预定区域)，因此预定区域内的光纤之间不会产生干涉，外界的振动也不会对预定区域中的光纤传输产生影响，从而使基于双光束干涉原理的分布式光纤振动传感系统在预定区域内不受外界振动的干扰，便于操作人员对长输油气管道等设施中的安全情况进行准确判断。可见，本发明实施例提供的抗干扰的分布式光纤振动传感系统，能够抵抗预定区域内的振动干扰、使用方便，适于规模化推广应用。
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是本发明实施例提供的抗干扰的分布式光纤振动传感系统的结构图；
图2a为本发明实施例提供的抗干扰的分布式光纤振动传感系统，在没有振动信号作用在测试光纤上时，双光束干涉仪所采集到的信号图；
图2b为现有技术提供的基于双光束干涉原理的分布式光纤振动传感系统，在有振动信号作用在测试光纤上时，双光束干涉仪所采集到的信号图；
图2c为本发明实施例提供的抗干扰的分布式光纤振动传感系统，在有振动信号作用在测试光纤上时，双光束干涉仪所采集到的信号图。
附图标记分别表示：
1双光束干涉仪，
2第一耦合器，
3引导光纤，
4第二耦合器，
5信号传输光纤，
6参考光纤，
7测试光纤，
8第一光纤起偏器，
9第一偏振控制器，
10第二光纤起偏器，
11第二偏振控制器，
12屏蔽区间。
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抗干扰的分布式光纤振动传感系统，如附图1所示，该抗干扰的分布式光纤振动传感系统包括：双光束干涉仪1；第一耦合器2，通过引导光纤3与双光束干涉仪1连接；第二耦合器4，通过信号传输光纤5与双光束干涉仪1连接；参考光纤6和测试光纤7，两端均分别与第一耦合器2和第二耦合器4连接。
该光纤传感系统还包括：沿光信号的传输方向顺次设置在参考光纤6上的第一光纤起偏器8和第一偏振控制器9。沿光信号的传输方向顺次设置在测试光纤7上的第二光纤起偏器10和第二偏振控制器11。
下面对本发明实施例提供的抗干扰的分布式光纤振动传感系统的工作原理进行说明：
首先，通过双光束干涉仪1发出椭圆偏振光，通过引导光纤3传输至第一耦合器2，经过第一耦合器2后，椭圆偏振光被分成两束，分别进入参考光纤6和测试光纤7。参考光纤6和测试光纤7中的椭圆偏振光，经过第一光纤起偏器8和第二光纤起偏器10后变为线偏光，通过第一偏振控制器9和第二偏振控制器11对线偏光进行调节，使参考光纤6和测试光纤7中传输的线偏光相互正交。这种正交状态在第一偏振控制器9和第二偏振控制器11下游的参考光纤6和测试光纤7中保持一定的距离(即预定区域)，因此预定区域内的光纤之间不会产生干涉，外界的振动也不会对预定区域中的光信号的传输产生影响，从而保证基于双光束干涉原理的分布式光纤振动传感系统在预定区域内不受外界振动的干扰。经过预定区域后，参考光纤6和测试光纤7中传输的线偏光会逐渐变回椭圆偏振光，这两束椭圆偏振光继续在参考光纤6和测试光纤7中传输，并在第二耦合器4中汇合产生干涉，干涉信号经过信号传输光纤5返回至双光束干涉仪1。在信号传输光纤5中，外界的振动仍然会对干涉信号产生影响，因此，本发明实施例提供的抗干扰的分布式光纤振动传感系统不会对分布式光纤振动传感系统对正常的振动检测造成影响。
本发明实施例提供的抗干扰的分布式光纤振动传感系统，在参考光纤6上增加了第一光纤起偏器8和第一偏振控制器9，在测试光纤7上增加了第二光纤起偏器10和第二偏振控制器11。通过第一光纤起偏器8和第二光纤起偏器10将双光束干涉仪1中输出的椭圆偏振光变为线偏光，再通过第一偏振控制器9和第二偏振控制器11对线偏光进行调节，使参考光纤6和测试光纤7中传输的线偏光相互正交，从而避免基于双光束干涉原理的分布式光纤振动传感系统在预定区域内不受外界振动的干扰，便于操作人员对长输油气管道等设施中的安全情况进行准确判断。可见，本发明实施例提供的抗干扰的分布式光纤振动传感系统，能够抵抗预定区域内的振动干扰、使用方便，适于规模化推广应用。
具体地，抗干扰的分布式光纤振动传感系统中的第一耦合器2用于将双光束干涉仪1发出的光分成两束，第一耦合器2的分光比为1:1，以使参考光纤6和测试光纤7中形成相同的光，便于通过第一偏振控制器9和第二偏振控制器11使参考光纤6和测试光纤7中的线偏光相互正交，便于在第一偏振控制器9和第二偏振控制器11下游形成屏蔽区间，避免振动干扰。
本领域技术人员可以理解的是，两束光波要产生干涉必须满足三个条件：频率相同、振动方向相同、相位差恒定。参考光纤6和测试光纤7中，经过第一光纤起偏器8、第一偏振控制器9、第二光纤起偏器10、第二偏振控制器11后的线偏光，因为振动方向不同(此时振动方向相交)而无法产生干涉。而基于双光束干涉原理的分布式光纤振动传感系统，是在两束光产生干涉的前提下对周围的振动进行检测的，因此，参考光纤6和测试光纤7中，经过光纤起偏器和偏振控制器的线偏光在预定区域内不会受到外界振动的影响，从而对预定区域内的振动起到屏蔽作用，抵抗外界振动的干扰。在预定区域内，参考光纤6和测试光纤7的作用仅是对光信号进行传输，并不能对外界的振动情况进行检测。
预定区域(即屏蔽区间12)一般较小，在参考光纤6和测试光纤7上，沿光信号的传输方向，第一偏振控制器9和第二偏振控制器11下游0～3m范围内为屏蔽区间12。因此，屏蔽区间12应该设置在经常出现影响分布式光纤振动传感系统正常检测的振动的区域内，以长输油气管道的检测为例，屏蔽区间12应位于经常出现固定振动信号的区域内，例如火车通过区域、水流冲击区域等，从而使分布式光纤振动传感系统能够抵抗这些振动的干扰，便于操作人员对长输油气管道等设施中的安全情况进行准确判断。
由于基于双光束干涉原理的分布式光纤振动传感系统的振动检测区域较长，为了便于对振动检测区域中多个经常存在振动干扰的区域进行屏蔽，对本发明实施例提供的抗干扰的分布式光纤振动传感系统中的部件进行如下定义：一个第一光纤起偏器8、一个第一偏振控制器9、一个第二光纤起偏器10、一个第二偏振控制器11构成一个抗干扰单元。参考光纤6和测试光纤7上设置有至少一个抗干扰单元，多个抗干扰单元之间为串联关系。将每个抗干扰单元设置在需要进行屏蔽的区域之间，以对多个经常存在振动干扰的区域进行屏蔽，避免基于双光束干涉原理的分布式光纤振动传感系统受到干扰。
抗干扰的分布式光纤振动传感系统中的参考光纤6、测试光纤7、引导光纤3、信号传输光纤5均为单模光纤，以保证光信号在分布式光纤振动传感系统中的稳定传播。
以下将通过具体实施例进行详细阐述，在以下具体实施例中，所涉及的操作未注明条件者，均按照常规条件或者制造商建议的条件进行。所用装置未注明生产厂商及规格者均为可以通过市购获得的常规产品：
实施例1
本实施例提供了一种抗干扰的分布式光纤振动传感系统，包括：双光束干涉仪；第一耦合器，通过引导光纤与双光束干涉仪连接；第二耦合器，通过信号传输光纤与双光束干涉仪连接；参考光纤和测试光纤，两端均分别与第一耦合器和第二耦合器连接。
该光纤传感系统还包括：沿光信号的传输方向顺次设置在参考光纤上的第一光纤起偏器和第一偏振控制器；沿光信号的传输方向顺次设置在测试光纤上的第二光纤起偏器和第二偏振控制器。
其中，第一耦合器的分光比为1:1。
在参考光纤和测试光纤上，沿光信号的传输方向，第一偏振控制器和第二偏振控制器下游0～3m范围内为屏蔽区间。
双光束干涉仪采用基于马赫-曾德原理的光纤干涉仪，传感光纤和测试光纤均为单模光纤，数据采集采用美国ni的数据采集卡进行采集(100m/s)，通过labview虚拟仪器的图形程序设计完成数据采集的控制、处理和分析。
双光束干涉仪所采集到的信号如附图2a所示，横坐标为采样点，纵坐标为信号强度。在没有振动信号时，参考光纤和测试光纤所产生的干涉信号恒定。
以传统的基于双光束干涉原理的分布式光纤振动传感系统作为对比，在第10000个采样点(光纤距离10km)处采用抖动测试光纤的方式制造振动信号。如附图2b所示，当振动信号作用在测试光纤上时，传感光纤和测试光纤所产生的干涉信号发生变化，说明传统的基于双光束干涉原理的分布式光纤振动传感系统能够通过检测干涉信号的变化实现对振动信号的检测。
而在测试光纤第10000个采样点(光纤距离10km)处，沿光信号的传输方向顺次设置在参考光纤上的第一光纤起偏器和第一偏振控制器，沿光信号的传输方向顺次设置在测试光纤上的第二光纤起偏器和第二偏振控制器，即采用本实施例提供的抗干扰的分布式光纤振动传感系统。通过调节参考光纤和测试光纤上的偏振控制器，使参考光纤和测试光纤中的线偏光相互正交。再用抖动测试光纤的方式制造振动信号后，如附图2c所示，虽然振动信号作用在测试光纤上，但是干涉信号并没有变化。说明本实施例提供的抗干扰的分布式光纤振动传感系统，通过使参考光纤和测试光纤中的线偏光相互正交，对预定区域内的振动信号起到了屏蔽作用，避免了振动信号的干扰。
上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明的保护范围，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。