一种光纤振动传感系统、方法和光缆巡线分析仪与流程

本申请涉及光纤传感，尤其涉及一种光纤振动传感系统、方法和光缆巡线分析仪。

背景技术：

1、随着需求的推动，国家大型基础设施、国防重点设施、民用住宅等对周界安防系统的需求紧迫，要求也越来越高。通信运营商和电力系统对于光缆状态的高效监测、智慧监测的需求也越来越大。分布式光纤传感作为一种新型的长距离、高精度监测技术，得到广泛关注。它基于光纤中光的散射效应的高敏感性实现对温度、振动、声音等物理量的分布式探测。

2、光纤中传输的光波的波长远离光纤的共振频率时，光场能够激发出一个随时间变化的极化偶极子，该偶极子随之会辐射产生的二次光波。这种光纤中传输的光波激发出二次光波的现象就是光的散射。光纤中存在多种光散射现象，分布式光纤传感技术正是利用光纤中的瑞利散射现象，探测外界振动、声波等变化情况，从而实现对外界的感知。传统光纤传感系统为保证定位精度和空间分辨率，需要依赖高成本、高复杂度的结构，不利于推广使用。

技术实现思路

1、本申请的目的旨在至少能解决上述的技术缺陷之一，特别是现有振动传感系统无法通过简单、低成本的结构实现精准振动检测和振动定位的技术缺陷。

2、第一方面，本申请提供了一种光纤振动传感系统，包括光源、耦合器、第一延时光纤、第二延时光纤、第一四端口环形器、第二四端口环形器、第一传感光纤、第二传感光纤和分析模块；光源连接耦合器的第一输入端，耦合器的第二输入端连接分析模块，耦合器的第一输出端通过第一延时光纤连接第一四端口环形器的第二端，耦合器的第二输出端通过第二延时光纤连接第二四端口环形器的第二端；第一四端口环形器的第一端连接第二四端口环形器的第四端，第一四端口环形器的第三端连接第一传感光纤，第一四端口环形器的第四端连接第二四端口环形器的第一端；第二四端口环形器的第三端连接第二传感光纤。

3、在其中一个实施例中，光源为dfb脉冲激光器。

4、在其中一个实施例中，第一延时光纤和第二延时光纤的长度相同。

5、在其中一个实施例中，耦合器的分光比为1:1。

6、在其中一个实施例中，第一传感光纤和第二传感光纤为单模双芯光纤的两个光纤芯。

7、在其中一个实施例中，耦合器为3db耦合器。

8、在其中一个实施例中，分析模块包括光电转换单元、模数转换单元和控制单元；

9、光电转换单元连接耦合器的第二输入端和模数转换单元，用于将耦合器的第二输入端输出的干涉光信号转换为干涉电信号，输出到模数转换单元；

10、模数转换单元连接控制单元，用于将干涉电信号模数转换后输出到控制单元。

11、在其中一个实施例中，控制单元利用强度解调法分析干涉电信号，得到振动信息。

12、在其中一个实施例中，分析模块还包括滤波单元，滤波单元连接在控制单元和模数转换单元之间。

13、第二方面，本申请提供了一种光纤振动传感方法，包括：

14、光源向耦合器的第一输入端发出脉冲光，耦合器对脉冲光进行分光，从第一输出端通过第一延时光纤输出第一分光到第一四端口环形器的第二端，从第二输出端通过第二延时光纤输出第二分光到第二四端口环形器的第二端；

15、第一分光从第一四端口环形器的第三端出射到第一传感光纤，第一传感光纤产生第一散射光，从第一四端口环形器第三端入射、第四端出射，进入第二四端口环形器的第一端，再经过第二四端口环形器的第二端、第二延时光纤进入耦合器的第二输出端；

16、第二分光从第二四端口环形器的第三端出射到第二传感光纤，第二传感光纤产生第二散射光，从第二四端口环形器第三端入射、第四端出射，进入第一四端口环形器的第一端，再经过第一四端口环形器的第二端、第二延时光纤进入耦合器的第一输出端；

17、第一散射光和第二散射光在耦合器中发生干涉，产生干涉光信号，从耦合器的第二输入端输出到分析模块；

18、分析模块根据干涉光信号得到振动信息。

19、第三方面，本申请提供了一种光缆巡线分析仪，包括上述任一实施例中的光纤振动传感系统。

20、从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：

21、基于本实施例中的光纤振动传感系统，光源发出的光经耦合器分为两路，分别经过延时光纤延时，在对应的环形器的路由下，进入对应的传感光纤，发生光的散射。散射光在对应环形器的路由下，又可回到耦合器，在耦合器中发生干涉。由于两条光路光程相同，可以由分析模块从干涉光的强度变化中解调出振动信息。该种结构对光源线宽的要求较低，有助于降低系统成本，而双路传感、等程干涉的思路可以在简单的强度解调法的支持下，高定位精度、高空间分辨率的获取到振动信息。总之，该方案实现了长距离、高灵敏、低成本的分布式光纤振动检测。它为油气管道、电力线路、国境线等关键基础设施的安防监测，电力系统、通信运营商的高效智能巡线提供了有力支撑，极大拓展了光纤传感系统的应用空间。

技术特征：

1.一种光纤振动传感系统，其特征在于，包括光源、耦合器、第一延时光纤、第二延时光纤、第一四端口环形器、第二四端口环形器、第一传感光纤、第二传感光纤和分析模块；

2.根据权利要求1所述的光纤振动传感系统，其特征在于，所述光源为dfb脉冲激光器。

3.根据权利要求1所述的光纤振动传感系统，其特征在于，所述第一延时光纤和所述第二延时光纤的长度相同。

4.根据权利要求1所述的光纤振动传感系统，其特征在于，所述耦合器的分光比为1:1。

5.根据权利要求1所述的光纤振动传感系统，其特征在于，所述第一传感光纤和所述第二传感光纤为单模双芯光纤的两个光纤芯。

6.根据权利要求1所述的光纤振动传感系统，其特征在于，所述耦合器为3db耦合器。

7.根据权利要求1所述的光纤振动传感系统，其特征在于，所述分析模块包括光电转换单元、模数转换单元和控制单元；

8.根据权利要求7所述的光纤振动传感系统，其特征在于，所述控制单元利用强度解调法分析所述干涉电信号，得到振动信息。

9.一种光纤振动传感方法，其特征在于，包括：

10.一种光缆巡线分析仪，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的光纤振动传感系统。

技术总结
本申请提供了一种光纤振动传感系统、方法和光缆巡线分析仪。该系统包括光源、耦合器、两个延时光纤、两个四端口环形器、第二四端口环形器、两个传感光纤和分析模块；光源连接耦合器的第一输入端，耦合器的第二输入端连接分析模块，耦合器的第一输出端通过第一延时光纤连接第一四端口环形器的第二端，耦合器的第二输出端通过第二延时光纤连接第二四端口环形器的第二端；第一四端口环形器的第一端连接第二四端口环形器的第四端，第一四端口环形器的第三端连接第一传感光纤，第一四端口环形器的第四端连接第二四端口环形器的第一端；第二四端口环形器的第三端连接第二传感光纤。该系统结构简单、成本低，可实现高灵敏度的光纤传感。

技术研发人员：李晓辉,蒋杰伟
受保护的技术使用者：广州杰鑫科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17