[发明专利]一种精确定位型光纤分布式振动传感器

说明书

技术领域

本发明涉及光电传感技术领域，尤其涉及一种精确定位型光纤分布式振动传感器。

背景技术

光纤分布式传感器能测量整个光纤长度上随时间变化的振动信息，它具有灵敏度高、检测距离远、抗电磁干扰能力强、安装后易维护等优点，因此在长距离光缆保护，输油管道监测和其它结构监测领域的具有重要意义。

目前，根据工作原理的区别，光纤分布式传感器可以分为双干涉仪型、光时域反射计型，强度调制型以及散射型等四种。其中，双干涉仪型光纤分布式传感器具有实现原理简单、灵敏度高、器件成本低、适于长距离传感用等优良特性，已经成为应用最为广泛的光纤分布式振动传感器。

双干涉仪型光纤分布式振动传感器采用双干涉仪结构，较为典型的有基于双马赫泽德干涉仪型光纤分布式振动传感器和萨格奈克-马赫泽德干涉仪型光纤分布式振动传感器。

图1所示为现有的双马赫泽德干涉仪型光纤分布式振动传感器的光路原理图，该传感器包括：光源10、第一耦合器11、第二耦合器12、第三耦合器13、第四耦合器14、第一光电探测器15、第二光电探测器16以及分别连接于第二耦合器12和第三耦合器13的两个耦合臂之间的传感臂17和参考臂18，此外，第三耦合器13的一个耦合臂和第四耦合器14的一个耦合臂通过传感光纤19相连接。光源10发出的光经第一耦合器11分光后，第一耦合器11的耦合臂101和耦合臂102分别输出第一光束和第二光束。所述第一光束经过第二耦合器12分为两束光后分别注入传感臂17和参考臂18，最后传感臂17和参考臂18的输出光在第三耦合器13处发生干涉得到第一干涉光；所述第一干涉光依次通过传感光纤19和第四耦合器14后由第一光电探测器15接收，构成了第一个干涉仪。所述第一耦合器11输出的第二光束依次经过第四耦合器14和传感光纤19传输后注入第三耦合器13，第三耦合器13将所述第二光束分光后使其分别经传感臂17和参考臂18传输后在第二耦合器12处发生干涉得到第二干涉光，最后第二干涉光由第二光电探测器16接收，构成了第二个干涉仪。

图1所示光路中的传感臂17、参考臂18和传感光纤19采用相同的单模光纤。若有振动信号施加在传感臂17上，可将看做一相位调制信号，则图1所示传感器中的两个干涉仪会受到相同信号的相位调制，但由于两个干涉仪中相位调制信号的作用位置距离光电探测器的光纤长度有所差别，因此该调制信号到达两个光电探测器的时间不同。如图1所示，假设振动发生在传感臂17上距离第二耦合器12为x的位置处，传感臂17长为La，传感光纤19长为Lc，则第一个干涉仪中的调制信号到达第一光电探测器15走过的光程为La-x+Lc，第二个干涉仪中的调制信号到达第二光电探测器16走过的光程为x，调制信号在第一个干涉仪中到达第一光电探测器15的时间为t₁，调制信号在第二个干涉仪中到达第二光电探测器16的时间为t₂，则调制信号在两个干涉仪中达到光电探测器的时间差为：

Δt=t1-t2=n(La+Lc-2x)c---(1)]]>

其中，n为传感臂17和传感光纤19的纤芯的有效折射率，c为光在真空中的速度，且第一耦合器11与第二耦合器12、第四耦合器14之间可紧密连接，因此第一耦合器11与第二耦合器12、第四耦合器14之间的连接距离可视为零。显然，为了准确定位振动信号作用的位置，只需测量Δt，即可通过下式(2)计算出振动位置x：