一种采用多模光纤的分布式振动传感系统及振动测量方法与流程

本发明涉及光纤传感技术领域，特别是一种采用多模光纤的分布式振动传感系统及振动测量方法。

背景技术：

光纤的分布式振动传感系统是采用光纤的后向散射特性，检测光纤链路振动的级数，绝大多数分布式振动传感器是基于瑞利散射光之间的干涉现象，以具有长相干长度的超窄线宽激光器作为光源，利用光纤的振动引起光纤折射率和长度的改变，进而导致瑞利散射光之间的相位发生改变，散射光信号的强度随之波动。

现有技术为了保证瑞利散射光的相干性，一般采用单模光纤来避免光纤中模式色散等因素对光相干性的影响，并且使用具有长相干长度的超窄线宽激光器作为光源，但超窄线宽激光器的价格昂贵，而当使用单模光纤的分布式振动传感系统用于不需要多点进行检测而只需单点检测的场合，如安防行业，则会造成资源浪费的现象。

因此本发明提供一种的新的方案来解决此问题。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种采用多模光纤的分布式振动传感系统及振动测量方法，有效的解决了在只需单点检测的场合使用具有单模光纤的分布式传感系统造成的资源浪费现象。

其解决的技术方案是，一种采用多模光纤的分布式振动传感系统，包括脉冲激光器、光回旋器、多模待测光纤，所述光回旋器和多模待测光纤之间还经过了多模光纤耦合器，所述脉冲激光器发射的光脉冲激光经过光回旋器的端口1和端口2后进入多模光纤耦合器，多模光纤耦合器与待测光纤相连接。

一种振动测量方法，所述振动测量方法采用如权利要求1中所述的分布式振动传感系统，具体包括如下步骤：

s1、脉冲激光器产生光脉冲进入多模待测光纤之后，其光能量被随机分配到多模待测光纤的多个模式之中；

s2、多模待测光纤产生的瑞利散射光信号被分配在多模待测光纤的多个模式之中，因光纤特性原路返回到多模光纤耦合器；

s3、瑞利散射光信号分两路分别从多模光纤耦合器的两个端口输出，一路被光电二极管pd1检测到，另一路输入到光回旋器的2端口，从光回旋器的3端口被光电二极管pd2检测到；

s4、光电二极管pd1和光电二极管pd2检测到的瑞利散射光信号经过a/d转换器之后进行数据处理。

由于以上技术方案的采用，本发明与现有技术相比具有如下优点：

通过在光回旋器和多模待测光纤之间增加了多模光纤耦合器，脉冲激光器发射的光脉冲激光经过光回旋器的端口1和端口2后进入多模光纤耦合器，多模光纤耦合器与待测光纤相连接利用脉冲激光器产生的光脉冲来检测多模待测光纤，既节省了分布式传感系统的成本，避免了分布式振动传感系统用于不需要多点进行检测而只需单点检测的场合时，采用超窄线宽激光器时产生资源浪费的现象，又实现了对多模待测光纤振动位置的检测。

附图说明

图1为本发明的系统框图。

图2为本发明振动监测原理图。

具体实施方式

为有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图1-2对实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的结构内容，均是以说明书附图为参考。

下面将参照附图描述本发明的各示例性的实施例。

一种采用多模光纤的分布式振动传感系统，包括脉冲激光器、光回旋器、多模待测光纤，所述光回旋器和多模待测光纤之间还经过了多模光纤耦合器，所述脉冲激光器发射的光脉冲激光经过光回旋器的端口1和端口2后进入多模光纤耦合器，多模光纤耦合器与待测光纤相连接；

一种振动测量方法，所述振动测量方法采用如权利要求1中所述的分布式振动传感系统，如图1所示，具体包括如下步骤：

s1、脉冲激光器产生光脉冲进入多模待测光纤之后，其光能量被随机分配到多模待测光纤的多个模式之中；

s2、多模待测光纤产生的瑞利散射光信号被分配在多模待测光纤的多个模式之中，因光纤特性原路返回到多模光纤耦合器；

s3、瑞利散射光信号分两路分别从多模光纤耦合器的两个端口输出，一路被光电二极管pd1检测到，另一路输入到光回旋器的2端口，从光回旋器的3端口被光电二极管pd2检测到；

s4、光电二极管pd1和光电二极管pd2检测到的瑞利散射光信号经过a/d转换器之后进行数据处理；

所述步骤s4中的数据处理是指将光电二极管pd1和光电二极管pd2检测到的瑞利散射光信号进行相减处理，得到光强差，即得到了两路瑞利散射光信号的光强变化信息；

如图2所示，所述多模待测光纤在受到振动时，从振动位置往后探测脉冲能量在多模待测光纤中的各个模式之间进行重新分配，振动位置后面的瑞利散射光信号在多模待测光纤中的模式分配也相应发生变化，而当多模待测光纤状态不变、未受到振动的影响时，则多模待测光纤中的光脉冲冲和返回的瑞利散射光信号的模式分布也保持不变，故光电二极管pd1和光电二极管pd2检测到的光强也保持不变，两路瑞利散射光信号的光强的差值保持稳定不变，即根据光电二极管pd1和光电二极管pd2检测到的瑞利散射光信号的光强开始改变的时间得到多模待测光纤受到振动的位置；

所述步骤s3中处于多模待测光纤不同模式下瑞利散射光信号在多模光纤耦合器的两个输出端口之间能量分配比例不同，当返回的瑞利散射光信号的模式分配发生变化，则多模光纤耦合器两个端口得到的瑞利散射光信号的强度分配也发生变化，则光电二极管pd1和光电二极管pd2检测到的瑞利散射光信号的光强差也发生改变。

本发明在进行具体使用的时候，在光回旋器和多模待测光纤之间增加了多模光纤耦合器，脉冲激光器发射的光脉冲激光经过光回旋器的端口1和端口2后进入多模光纤耦合器，多模光纤耦合器与待测光纤相连接，多模待测光纤产生的瑞利散射光信号被分配在多模待测光纤的多个模式之中，因光纤特性原路返回到多模光纤耦合器，瑞利散射光信号分两路分别从多模光纤耦合器的两个端口输出，一路被光电二极管pd1检测到，另一路输入到光回旋器的2端口，从光回旋器的3端口被光电二极管pd2检测到，光电二极管pd1和光电二极管pd2检测到的瑞利散射光信号经过a/d转换器之后进行数据处理，得到两路瑞利散射光信号的光强的差值；

通过在光回旋器和多模待测光纤之间增加了多模光纤耦合器，利用脉冲激光器产生的光脉冲来检测多模待测光纤，既节省了分布式传感系统的成本，避免了采用超窄线宽激光器时产生资源浪费的现象，又实现了对多模待测光纤振动位置的检测。

技术特征：

1.一种采用多模光纤的分布式振动传感系统，包括脉冲激光器、光回旋器、多模待测光纤，其特征在于，所述光回旋器和多模待测光纤之间还经过了多模光纤耦合器，所述脉冲激光器发射的光脉冲激光经过光回旋器的端口1和端口2后进入多模光纤耦合器，多模光纤耦合器与多模待测光纤相连接。

2.一种振动测量方法，所述振动测量方法采用如权利要求1中所述的分布式振动传感系统，具体包括如下步骤：

s1、脉冲激光器产生光脉冲进入多模待测光纤之后，其光能量被随机分配到多模待测光纤的多个模式之中；

s2、多模待测光纤产生的瑞利散射光信号被分配在多模待测光纤的多个模式之中，因光纤特性原路返回到多模光纤耦合器；

s3、瑞利散射光信号分两路分别从多模光纤耦合器的两个端口输出，一路被光电二极管pd1检测到，另一路输入到光回旋器的2端口，从光回旋器的3端口被光电二极管pd2检测到；

s4、光电二极管pd1和光电二极管pd2检测到的瑞利散射光信号经过a/d转换器之后进行数据处理。

3.如权利要求2所述的一种振动测量方法，其特征在于，所述步骤s4中的数据处理是指将光电二极管pd1和光电二极管pd2检测到的瑞利散射光信号进行相减处理，得到光强差。

4.如权利要求1所述的一种采用多模光纤的分布式振动传感系统，其特征在于，所述多模待测光纤在受到振动时，从振动位置往后探测脉冲能量在多模待测光纤中的各个模式之间进行重新分配，振动位置后面的瑞利散射光信号在多模待测光纤中的模式分配也相应发生变化。

5.如权利要求2所述的一种振动测量方法，其特征在于，所述步骤s3中处于多模待测光纤不同模式下瑞利散射光信号在多模光纤耦合器的两个输出端口之间能量分配比例不同，当返回的瑞利散射光信号的模式分配发生变化，则多模光纤耦合器两个端口得到的瑞利散射光信号的强度分配也发生变化，则光电二极管pd1和光电二极管pd2检测到的瑞利散射光信号的光强差也发生改变。

技术总结
本发明公开了一种采用多模光纤的分布式振动传感系统及振动测量方法，包括脉冲激光器、光回旋器、多模待测光纤，有效的解决了在只需单点检测的场合使用具有单模光纤的分布式传感系统造成的资源浪费现象。本发明通过在光回旋器和多模待测光纤之间增加了多模光纤耦合器，脉冲激光器发射的光脉冲激光经过光回旋器的端口1和端口2后进入多模光纤耦合器，多模光纤耦合器与待测光纤相连接利用脉冲激光器产生的光脉冲来检测多模待测光纤，既节省了分布式传感系统的成本，避免了分布式振动传感系统用于不需要多点进行检测而只需单点检测的场合时，采用超窄线宽激光器时产生资源浪费的现象，又实现了对多模待测光纤振动位置的检测。

技术研发人员：王文革;申京;王正;赵景隆;赵晓静;赵豫京;郭昊;张毓琪;谢峰;徐龙海
受保护的技术使用者：国网河南省电力公司信息通信公司;国家电网有限公司;无锡联河光子技术有限公司
技术研发日：2020.08.13
技术公布日：2020.11.10