[发明专利]分布式光纤振动传感器

权利要求书

1.一种分布式光纤振动传感器，特征在于其构成是基于赛格纳克干涉仪和双马赫-泽德干涉仪的干涉原理的优化组合，构成包括信号处理装置(15)、第一传感光纤(F1)、第二传感光纤(F2)、第三传感光纤(F3)、宽带光源(1)、窄带光源(2)、光环形器(3)、第一光波分复用器(4)、第二光波分复用器(9)、第一耦合器(5)、第二耦合器(6)、第三耦合器(7)、第四耦合器(8)、法拉第旋转镜(10)、第一光电探测器(11)、第二光电探测器(12)、第三光电探测器(13)和光隔离器(14)；上述元部件的连接关系如下：

所述的宽带光源(1)经光环形器(3)连接到第一光波分复用器(4)的λ₁端口，该第一光波分复用器(4)波长复用端连接到第一耦合器(5)的第一端口，在所述的第一耦合器(5)的两个端口和第二耦合器(6)的两个端口之间分别熔接有第一传感光纤(F1)和第二传感光纤(F2)，所述的第二耦合器(6)的第三端口熔接第二光波分复用器(9)的波长复用端口，由第二光波分复用器(9)的λ₁端口引出传感光纤的末端设置所述的法拉第旋转镜(10)，所述的第一耦合器(5)的第四端口接第二光电探测器(12)；

所述的光环形器(3)的第三端口熔接第一光电探测器(11)；

所述的窄带光源(2)通过光隔离器(14)和第四耦合器(8)的输入端口相连，该第四耦合器(8)的两个输出端口将所述的窄带光源(2)输出的光分为两束，其中一束接第一光波分复用器(4)的λ₂端口，另一束接第三耦合器(7)的第一端口，在第三耦合器(7)和第二光波分复用器(9)的λ₂端口之间连接第三传感光纤(F3)；所述的第三耦合器(7)第四端口接所述的第三光电探测器(13)；

所述的第一光电探测器(11)、第二光电探测器(12)、第三光电探测器(13)的输出端都与所述的信号处理电路(15)接收端相连。

2.根据权利要求1所述的分布式光纤振动传感器，其特征在于所述的赛格纳克干涉仪的光路构成是：宽带光源(1)的光经光环形器(3)输入第一光波分复用器(4)的λ₁端口，依次经由第一耦合器(5)、第一传感光纤(F1)、第二耦合器(6)、第二光波分复用器(9)、传感光纤达到法拉第旋转镜(10)，经该法拉第旋转镜(10)反射后，再依次经由第二光波分复用器(9)，第二耦合器(6)、第二传感光纤(F2)、第一耦合器(5)、第一光波分复用器(4)和光环形器(3)，由在第一光电探测器(11)接收信号；另外一路光束是反向的，由宽带光源(1)射出的光先后经过光环形器(3)，第一波分复用器(4)、第一耦合器(5)、第二传感光纤(F2)、第二耦合器(6)、第二波分复用器(9)、传感光纤达到法拉第旋转镜(10)，经该法拉第旋转镜(10)反射后，经第二波分复用器(9)、第二耦合器(6)、第一传感光纤(F1)、第一耦合器(5)、第一波分复用器(4)和光环形器(3)，在该光环形器(3)的第三端口发生干涉并由第一光电探测器(11)探测，构成赛格纳克干涉仪。

3.根据权利要求1所述的分布式光纤振动传感器，其特征在于所述的双马赫-泽德干涉仪的光路构成是：所述的窄带光源(2)输出的光经所述的光隔离器(14)进入所述的第四耦合器(8)，该第四耦合器(8)将输入的光分为两束，其中一束进入第一光波分复用器(4)的λ₂端口，通过第一耦合器(5)分束，同时经第一传感光纤(F1)和第二传感光纤(F2)，再经第二耦合器(6)、第二波分复用器(9)、第三传感光纤(F3)和第三耦合器(7)进入第三光电探测器(13)；另外一束光通过第三耦合器(7)、第三传感光纤(F3)、第二波分复用器(9)、第二耦合器(6)分束分别进入第一传感光纤(F1)、第二传感光纤(F2)，最后经由第一耦合器(5)由第二光电探测器(12)探测。

4.根据权利要求1所述的分布式光纤振动传感器，其特征在于所述的第一传感光纤(F1)、第二传感光纤(F2)、第三传感光纤(F3)为单模光纤，第一传感光纤(F1)的长度为L+ΔL，第二传感光纤(F2)和第三传感光纤(F3)的长度均为L，第二耦合器(6)到第二波分复用器(9)以及第二波分复用器(9)到所述的法拉第旋转镜(10)之间的光纤长度与长度L相比较，可以忽略不计。

5.根据权利要求1所述的分布式光纤振动传感器，其特征在于所述的宽带光源(1)的相干长度小于第一传感光纤(F1)和第二传感光纤(F2)的长度差；赛格纳克干涉仪的相位差Φs(t)与(z-ΔL/2)成正比，其中z为外界干扰源所在位置到第二耦合器(6)之间的距离；所述的窄带光源(2)的相干长度大于第一传感光纤(F1)和第二传感光纤(F2)之间的长度差ΔL。