[发明专利]萨格奈克干涉仪光纤分布式扰动传感器及其扰动定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光纤传感器，尤其涉及一种萨格奈克干涉仪光纤分布式扰动传感器及其扰动定位方法。

背景技术

光纤传感器由于其抗电磁干扰、体积小、重量轻、敏感度高、易于组网，特别是可以实现分布式测量等优良特性，在工业、民用和军事领域具有广泛的应用。其中，光纤分布式扰动传感器在周界报警、输油管道监测和声发射监测等领域都具有重要意义。

目前，根据工作原理的区别，光纤分布式传感器主要分为干涉仪型、光纤光栅型、光时域反射计型、强度调制型以及散射型等四种形式。

其中，干涉仪型分布式传感器具有实现原理简单、灵敏度高、器件成本低、适于长距离传感等优良特性，已经成为光纤分布式扰动传感器的主要技术方案。现有的干涉仪型光纤分布式传感器的方案主要有双马赫泽德型、单萨格奈克型、双萨格奈克型、萨格奈克+迈克尔逊型、萨格奈克+马赫泽德型、双波长萨格奈克型，双调制频率萨格奈克型等多种形式。

如图1所示，现有的萨格奈克干涉仪包括光源部分、光电探测器、耦合器1、传感光纤，光源部分发出的光经过耦合器1分光后，分成两路光分别顺时针和逆时针沿传感光纤传播，且两路光在耦合器1处发生干涉，通过光电探测器接收干涉信号。

现有技术中，为了在时域中实现萨格奈克干涉仪对时变扰动的定位，可以通过两个萨格奈克干涉仪，或同时两个工作波长，或同时工作在两个调制频率的一个萨格奈克干涉仪来实现。

上述现有技术至少存在以下缺点：

需要采用两个光源和探测器，以及需要实用波分复用器和不同频率的调制器等器件，增加了系统的硬件成本和结构的复杂性、且稳定性较差。

发明内容

本发明的目的是提供一种系统成本低、结构简单、稳定性好的萨格奈克干涉仪光纤分布式扰动传感器及其扰动定位方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的萨格奈克干涉仪光纤分布式扰动传感器，包括萨格奈克干涉仪，在所述萨格奈克干涉仪的传感光纤上耦合出一条支臂，并在该支臂上设置光延迟装置，形成两个萨格奈克干涉仪，其中，第一萨格奈克干涉仪中的光波沿原传感光纤传播，不经过所述光延迟装置；第二萨格奈克干涉仪中的光波在原传感光纤中传播，并经过所述光延迟装置。

本发明的上述的萨格奈克干涉仪光纤分布式扰动传感器实现扰动定位的方法，包括：

向萨格奈克干涉仪通入光，光在第一萨格奈克干涉仪中沿传感光纤传播，不经过支臂；并在第二萨格奈克干涉仪中经过支臂在传感光纤中传播；

根据两个萨格奈克干涉仪输出信号的幅值，通过以下公式计算扰动点的位置ΔL：

ΔL=L12-cnωarctanasinnωLD2c1-acosnωLD2c]]>

式中，ω为扰动信号的角频率；L₁为传感光纤的长度；n为光纤的有效折射率；L_D为支臂上的光延迟装置的等效长度；c为光速；为两个干涉仪输出信号的相位的幅值比值。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明所述的萨格奈克干涉仪光纤分布式扰动传感器及其扰动定位方法，由于通过一个萨格奈克干涉仪，耦合出一条支臂，同时附加一个光延迟装置，形成两个不同长度的萨格奈克干涉仪，通过光在干涉仪中的传播，根据两个萨格奈克干涉仪输出信号的幅值，计算扰动点的位置，实现对扰动的分布式传感。系统成本低、结构简单、稳定性好的。

附图说明