[发明专利]基于光纤偏振光时域反射传感的振动监测结构及方法

权利要求书

1.一种基于光纤偏振光时域反射传感的振动监测结构，其特征在于，在结构上包括激光器(1)，第一耦合器(2)、第二耦合器(7)、第三耦合器(8)、第四耦合器(11)、第五耦合器(13)，声光调制器(3)，起偏器(4)，环形器(5)，传感光纤(6)，第一检偏器(9)和第二检偏器(10)，第一探测器(12)和第二探测器(14)，第一低通滤波器(15)和第二低通滤波器(16)，第一模数转换器(17)和第二模数转换器(18)，FPGA(19)，微处理器MCU(20)；

当激光器(1)为内调制激光器时，

激光器(1)的输出端接环形器(5)的输入端，环形器(5)的输出端接第三耦合器(8)的输入端，第三耦合器(8)的输出端分两路，其中一路通过第一检偏器(9)接第一平衡探测器(12)的第二输入端，另一路通过第二检偏器(10)接第二探测器(14)的第二输入端，传感光纤(6)的一端接环形器(5)；

第一探测器(12)、第二探测器(14)为非平衡式探测器，第一探测器(12)的输出端通过顺序串联连接的第一低通滤波器(15)、第一模数转换器(17)接FPGA(19)的第一输入端；第二探测器(14)的输出端通过顺序串联连接的第二低通滤波器(16)、第二模数转换器(18)接FPGA(19)的第二输入端，FPGA(19)的输出端接微处理器MCU(20)。

2.根据权利要求1所述的基于光纤偏振光时域反射传感的振动监测结构，其特征在于所述激光器(1)为普通激光器时，第一探测器(12)、第二探测器(14)为平衡式探测器，

激光器(1)的输出端接第一耦合器(2)，第一耦合器(2)的输出分两路，其中第一路通过第二耦合器(7)再分为两支路，第一支路通过第四耦合器(11)接第一探测器(12)的第一输入端，第二支路通过第五耦合器(13)接第二探测器(14)的第一输入端；

第一耦合器(2)输出的另一路通过顺序串联连接的声光调制器(3)、起偏器(4)、环形器(5)接第三耦合器(8)的输入端，第三耦合器(8)的输出端分两路，其中一路通过第一检偏器(9)接第一探测器(12)的第二输入端，另一路通过第二检偏器(10)接第二探测器(14)的第二输入端，传感光纤(6)，的一端接环形器(5)；

第一探测器(12)的输出端通过顺序串联连接的第一低通滤波器(15)、第一模数转换器(17)接FPGA(19)的第一输入端；第二探测器(14)的输出端通过顺序串联连接的第二低通滤波器(16)、第二模数转换器(18)接FPGA(19)的第二输入端，FPGA(19)的输出端接微处理器MCU(20)。

3.根据权利要求2所述的基于光纤偏振光时域反射传感的振动监测结构，其特征在于所述声光调制器(3)与环形器(5)之间连接有起偏器(4)。

4.一种如权利要求1所述的基于光纤偏振光时域反射传感的振动监测结构的振动监测方法，其特征在于，包括步骤：

步骤1：激光器(1)发出功率恒定的连续光，通过耦合器(2)分为两路，其中一路通过耦合器(7)分作两路本振光，另一路通过声光调制器(3)的调制形成脉冲光，通过起偏器(4)的起偏送入环行器(5)，探测光通过环行器(5)注入传感光纤(6)，

步骤2：传感光纤(6)中产生的背向散射光信号通过环行器(5)送入耦合器(8)，耦合器(8)的输出分为两路，分别经过第一检偏器(9)和第二检偏器(10)进行检偏，其中第一检偏器(9)和第二检偏器(10)互为正交的检偏器，其输出与本振光在第一探测器(12)和第二探测器(14)上做相干探测，

步骤3：探测结果通过第一低通滤波器(15)和第二低通滤波器(16)的滤波送入第一模数转换器(17)和第二模数转换器(18)做模数转换，

步骤4：FPGA(19)对采集得到的数据进行预处理，提高信噪比，

步骤5：微处理器MCU(20)对预处理的结果进行傅立叶变换，得到信号强度的变化频率，

步骤6：对得到的频谱的主频频率和分布模式进行分析，得到振动源的变化特征。

5.根据权利要求4所述的基于光纤偏振光时域反射传感的振动监测方法，其特征在于所述步骤2采用互为正交关系的第一检偏器(9)和第二检偏器(10)共同作用，避免死区现象的发生。