[发明专利]基于波分复用的长距离分布式光纤定位干涉结构

说明书

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，具体涉及一种长距离分布式光纤定位干涉结构。

背景技术

维护基础设施的安全是社会稳定、经济快速发展的一个基本要求。当前，我国对于油气管道、电网、通信网等基础设施的长距离监测主要是依据设施自身的一些生产参数（如压力突降、中间站油罐液位的不正常变化）和人工巡视、路人的报告等手段。这些手段技术含量低，普遍存在效率低、实时性差、反应时间长、抗干扰能力差等缺陷，常常是监测设施遭受破坏后才能报警，实用性受自然和人为双重因素的制约。这种“亡羊补牢式”的事后检测技术，只能减少而不能避免损失。对长距离管线的监测，特别是受电磁干扰的影响，依靠电的方式进行传感监测难以实施。因此，光纤传感技术将成为进行电力、通信和油气管道等行业的安全监测和预防人为破坏的主要技术手段。

在先技术之一，是基于全光纤白光干涉系统的监测技术，在这种系统中，干涉信号在某些相关频率点会有缺失，从这些缺失的频率点来判断这些扰动发生的位置。但是如果扰动源未激发出所需的频率范围，就无法获得频率缺失点，这种判断方法就会失效。图1为利用频率缺失点来进行定位监测的一种全光纤白光干涉系统结构。系统由宽带光源8、光纤分路器1、光纤延迟线5、光纤分路器2、单芯光纤6、反馈装置3、探测器9、10、信号处理单元16构成，该系统利用白光进行干涉。光路中存在一段单芯光纤6，利用反馈装置3的作用，使从光纤6传输的光经反馈装置3作用后重新进入光纤6传输，获得的干涉信号从1的端口1b、1c输出，进入探测器9、10。17是由分路器1、2和延迟线5构成的干涉单元。

在先技术之二，解决了在先技术一中存在的扰动源激发频率范围问题。如图2所示，该技术在单芯光纤6的末端加一个调制模块15。调制模块15的作用是将外界振动信号调制到不同的载波频段上，具体实现方式是通过分路器4加两段有一定长度差异的光纤13和14，这两段光纤的长度差为l产生的时延为τ₂.；在两路光纤上通过相位调制器18.、19加载不同频率的载波信号；两光纤光路的尾端加反馈装置11、12。这样，通过相位生成载波复用一套光纤干涉系统，得到同一振动对应不同光路位置的两路相位信号，比较两路相位信号的频谱特性，消去振动信息对位置信息的干扰，可获得准确的振动位置信息。

通过比较两者频谱上的幅度，消除了扰动信号幅度、频率成分变化对定位的影响。每个频率点都可以求得                                                的值，从而得到外界振动信号在传感光纤上的位置信息。由于计算所用的频率点没有特殊要求，因而可以解决在先技术一中存在频率限制的问题。又由于利用了频谱上若干个点求得的平均值，消除信号测量的引入的误差所造成的差异性，也大大提高定位的精确性。

但在先技术二中，由于需要使用了相位生成载波调制技术，信号的解调变得相对复杂，特别是通常扰动引起的干涉信号带宽很宽，要精确地还原干涉相位，不仅要求带通滤波器的带宽很宽，且对平坦度和相移特性都有很高的要求，信号处理的难度和复杂程度较大。

发明内容

本发明的目的在于提出一种环境适用性强、结构简单的可用于长距离分布式监测的基于波分复用的分布式光纤定位干涉结构。

本发明提出的基于波分复用的分布式光纤定位干涉结构，使用波分复用技术，使得同一扰动，获得两种不同的干涉信号，可以利用比较两路相位信号的频谱特性的方法，确定扰动发生的位置。具体如图3所示。包括：光纤干涉组件20、感应光纤6、第一波分复用器21、第一光纤22、第二光纤23、第一反馈装置11、第二反馈装置12；两个不同波长的光λ₁、λ₂从同一根感应光纤6中注入，这两个注入光沿这根被复用的感应光纤6传输到光纤的端口，被第一波分复用器件21分开，分别沿各自的独立路径第一光纤22、第二光纤23到达各自的反射终端——第一反馈装置11、第二反馈装置12；这两个独立光纤路径第一光纤22、第二光纤23之间长度差为l₃，产生的时延为τ₃。

图3中，光纤干涉组件20和感应光纤6、第一波分复用器21、第一光纤22、第一反馈装置11共同形成光波λ₁的干涉光路；光纤干涉组件20和感应光纤6、第一波分复用器21、第二光纤23、第二反馈装置12共同形成光波λ₂的干涉光路。光从光纤干涉组件20输入，干涉信号亦从光纤干涉组件20输出。