一种分布式光纤振动传感系统解调装置的制作方法

本实用新型涉及光纤传感技术领域，特别涉及一种分布式光纤振动传感系统解调装置。

背景技术：

分布式光纤振动传感系统可以实现长距离、分布式扰动传感与信号传输，通过检测光纤各部分后向散射干涉光的光强变化，实现对外部侵扰活动的检测，结合光时域反射技术可实现振动信号的准确定位。分布式光纤振动传感系统利用光纤本身作为传感器和信号传输的载体，具有测量精度高、响应速度快、本征安全等优点，可以在易燃、易爆、高温、高湿、高腐蚀以及强电磁场干扰等恶劣的环境中长期稳定运行，在周界安防、石油管道安全监测、轨道交通、建筑结构健康等领域具有广泛的应用。

随着应用领域的不断拓展，分布式光纤振动传感系统从原理上可以分为相位敏感光时域反射技术(Ф-OTDR)、偏振光时域反射技术(P-OTDR)、相干光时域反射技术(C-OTDR)等。其中，Ф-OTDR凭借灵敏度高、测量距离长的优势，应用越来越广泛。Ф-OTDR通常使用传感光纤的瑞利散射光和光源的本振光得到干涉光场，再通过对干涉光场的相位解调得到振动信号。解调精度容易受到光源的偏振态变化和频率稳定性的影响。解调过程包括混频、滤波以及差值等运算，复杂度高，响应速度慢。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本实用新型提出了一种分布式光纤振动传感系统解调装置，消除了光源的偏振态变化和频率稳定性的影响，提高解调精度；简化了解调结构，可以快速得到振动的幅频信息，减小了解调响应时间。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

在一个或多个实施方式中公开的一种分布式光纤振动传感系统解调装置，包括：光源模块，光源模块与耦合器连接后分为两路，其中一路依次串联声光调制器和第一光纤放大器后经过第一光纤与环形器连接；另一路依次串联电光调制器和第二光纤放大器后经过第二光纤与环形器连接；所述环形器连接传感光纤；所述环形器的输出依次串联连接光电转换模块、高通滤波器、数据采集模块和上位机。

进一步地，所述第一光纤和第二光纤的长度不同，所述第一光纤和第二光纤的长度差由调制信号脉宽和光在光纤中的传输速度决定，最终使两路光路的传输时间相差设定的脉冲周期。

进一步地，所述第一光纤和第二光纤的长度相同，采用双脉冲信号发生器驱动声光调制器和电光调制器对光脉冲分别进行调制，调制间隔相差设定的调制脉宽。

进一步地，所述耦合器选用分光比为50:50的耦合器。

进一步地，所述光源模块包括：相互连接的激光光源和窄线宽连续激光驱动器。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)利用传感光纤中的两路后向瑞利散射光叠加形成的干涉光场，解调得到振动信号，消除了光源的偏振态变化和频率稳定性的影响，提高了解调精度。

(2)通过设定确定的光程差，干涉光强的相位差直接反映振动信号的幅频信息，避免了混频、滤波以及差值运算等过程，简化了解调方法，减小了响应时间。

(3)可以根据确定的光程差，调节脉冲宽度，保证两路脉冲光相差一个脉冲宽度进入传感光纤，灵活度高，易实现。

(4)当出现干扰信号后，检测器可以快速获得扰动信号的位置以及扰动信号强度等信息，解决了Φ-OTDR系统解调算法复杂且激光器频率漂移的问题，保证了系统的定位误差在±1m以内。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是实施例二中分布式光纤振动传感系统解调装置结构示意图；

图2是实施例三中分布式光纤振动传感系统解调装置结构示意图；

其中，1-光源模块，2-耦合器，3-信号发生器，4-驱动器，5-声光调制器，6-第一掺铒光纤放大器，7-电光调制器，8-第二掺铒光纤放大器，9-第二光纤，10-环形器，11-传感光纤，12-光电转换模块，13-高通滤波器，14-数据采集模块，15-上位机，16-双脉冲信号发生器。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本实用新型使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例一

在一个或多个实施方式中公开了一种分布式光纤振动传感系统解调装置，如图1所示，包括：光源模块1与耦合器2连接，耦合器2的输出分成两路，其中一路依次串联连接声光调制器5、第一掺铒光纤放大器6(EDFA)后，经过第一光纤与环形器10连接；另一路依次串联连接电光调制器7、第二掺铒光纤放大器8(EDFA)后，经过第二光纤9与环形器10连接；环形器10连接传感光纤11；同时，环形器10依次串联连接光电转换模块12、高通滤波器13、数据采集模块14和上位机15。

第一光纤和第二光纤9之间相差设定长度的距离。

光源模块1包括激光光源、窄线宽连续激光驱动器4，光源模块1产生超窄线宽激光经过耦合器2分为两束光功率相同的连续光，分别连接声光调制器5(AOM)和电光调制器7(EOM)；

信号发生器3连接驱动模块，驱动模块驱动声光调制器5和电光调制器7对连续光进行调制；调制后的两路脉冲光信号分别连接掺铒光纤放大器进行功率放大，并传输经过长度差恒定的光纤链路，再经过环形器10进入传感光纤11；传感光纤11的后向瑞利散射光经过环形器10进入光电转换模块12(PD)；光电转换模块12将光信号转换成电信号，输出到高通滤波器13(HPF)；高通滤波器13对电信号滤波后输出到数据采集模块14；数据采集模块14(DAQ)将模拟电信号转换为数字信号送给上位机15；上位机15根据得到的数字信号，获得传感光纤11感知的振动信息。

首先，光源模块1产生的超窄脉宽激光经过耦合器2分为两束分别进入声光调制器5和电光调制器7，光源中心波长1550nm，fc为光源频率；驱动模块驱动声光调制器5和电光调制器7对光脉冲分别进行调制，调制频率为f0＝80MHz，调制脉宽为Δt＝100ns；两路调制后的光信号分别经过第一掺铒光纤放大器6、第二掺铒光纤放大器8进行放大；光纤折射率为n光纤＝1.5，光在真空中的传播速度为c真空＝3×10⁸m/s，则光在光纤中传播速度为：

第一光纤和第二光前相差的距离L＝Δt×c光纤＝100ns×2×10⁸m/s＝20m。即通过两路长度相差20m的光纤后进入环形器10，两路光相差Δtc＝100ns，恰好为一个脉冲周期；光电转换模块12将光信号转换成电信号，电流与振动信号导致的相位关系如公式(5)所示；传感光纤11产生的瑞利背向散射光经过环形器10输入高通滤波器13进行滤波，滤除直流量只留下交流量；

经过采样率为400MHz的数据采集卡转换为数字信号，并将其传输到上位机15进行去噪解调算法操作，简化处理过程，提高分布式光纤振动传感系统振动信号波形解调和定位效率。

两个脉冲光信号输入的时间差是固定的；两个脉冲光信号的频率差值也是固定的；两个脉冲信号的宽度是相同的；载入声光调制器5的信号输入到传感光纤11中，初始相位是固定的。当振动作用于传感光纤11时，传感光纤11内相位的变化直接显示在光干涉信号的波形上，可以通过计算解调出相位值，直接得到振动的波形及位置。

实施例二

本实施方式公开的一种分布式光纤振动传感系统解调装置，如图2所示，与实施例二中的装置不同的是，本实施方式中，第一光纤与第二光纤9的传输长度相同，采用双脉冲信号发生器16驱动声光调制器5和电光调制器7对光脉冲分别进行调制，调制间隔相差一个调制脉宽进入两路光路，替代两路光纤光程差，降低环境因素的影响。

其余结构以及工作过程均与实施例二中相同，不再赘述。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。