[发明专利]光纤分布式扰动传感器的多点扰动定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及光纤扰动信号监测技术领域，尤其涉及一种光纤分布式扰动传感器的多点扰动定位方法。

背景技术

光纤分布式扰动传感器可以对传感光纤上任意一点处的扰动(时变信号)进行监测，得到扰动信号的时域波形，根据扰动事件性质进行判断，给出报警信息；同时给出扰动事件发生的空间位置信息。

根据不同的工作原理，光纤分布式传感器可以分为干涉仪型、光纤光栅型、光时域反射计型，光频域反射计型以及强度调制型等传感技术。其中，由于干涉仪型分布式传感器具有实现原理简单，灵敏度高，响应速度快，硬件成本低，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。

目前，干涉仪型分布式光纤扰动传感器的理论方案主要包括单萨格奈克型、双马赫-泽德型、双萨格奈克型、萨格奈克+迈克尔逊型和萨格奈克+马赫-泽德型、双波长萨格奈克型、以及双调制频率萨格奈克型干涉仪等。其中，基于双马赫-泽德型光纤分布式传感器光路结构简单，硬件成本低，不存在信号频谱范围的限制，通过相关时延算法可以实现单点扰动的定位。但是现有技术中在多位置(多点)同时扰动的情况下，无法给出扰动位置的准确定位，降低了传感器的实用性能。并且除双波长萨格奈克型干涉仪外，现有技术中其它干涉仪型光纤分布式扰动传感器也难以实现多点同时扰动定位的问题。

基于双波长萨格奈克型干涉仪的光纤分布式扰动传感器的光路原理图如图1所示。一个宽带低相干光源被采用波分复用技术按波长分成两个光波带。光以不同的波长在两个不同的萨尼亚克干涉仪中传播。第一个干涉仪由光源A、光路B、光纤延时线圈光路C、传感光纤光路E、压电相位调制器光路F、光路H和探测器I组成的双向光路构成；第二个萨尼亚克干涉仪由光源A、光路B、压电相位调制器光路D、传感光纤光路E、光纤延时线圈光路G、光路H和探测器I组成的双向光路构成。每一个萨尼亚克干涉仪都以一个正弦应变信号(频率分别为f₁、f₂)产生一个相位偏置，而f₁、f₂是不一样的，应该满足|f₁-f₂|大于被测信号的扰动频率，也就是大于传感器的输出的基频宽度。由于相位偏置给不同的干涉仪提供了不同频率的幅值调制载波信号，所以两个干涉仪可以共用一个光探测器。通过调整系统的工作点到正弦相位相应的高斜坡区域可以提高干涉仪的灵敏度。当萨尼亚克环上有扰动时，偏差调制的奇次谐波信号开始能被探测到。光电探测器接收到的信号经双有源零差解调技术分解出两个萨尼亚克干涉仪的输出信号。图2为双波长萨格奈克型干涉仪的光纤分布式扰动传感器解调电路的原理框图，其中clock为时钟，f₁、f₂、2f₁、2f₂分别为两个偏差调制频率和两倍的调制频率。信号进入两个锁定放大器中，分别解调出D(f₁)、D(f₂)、D(2f₁)、D(2f₂)可简单地处理出的与位置有关的结果。当系统保持扰动引起的光相位调制小于0.1rad，输出结果就与扰动的变化率和幅值几乎没有关系了。

上述基于双波长萨格奈克干涉仪型的光纤分布式扰动传感器的缺点在于：

1)扰动信号解调与定位的前提是假设系统受到小信号的作用(即扰动信号引起的相位差小于0.1rad)；2)扰动产生的相对相移是萨格奈克环上位置的函数，其中传感器在环中心位置的灵敏度接近于零；3)由于采用了波分复用器(WDM)等器件，增加了系统的硬件成本和结构的复杂性；4)由于波分复用器的非理想型，使得存在一定量的光串行干扰，导致系统输出结果的误差，从而提高了系统的误警率并降低了系统的定位精度。

上面的这些缺陷严重影响了传感器在实际监测应用中的可靠性，限制了该方案的实际实施。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：提供一种光纤分布式扰动传感器的多点扰动定位方法，其基于结构简单、硬件成本低的光纤分布式扰动传感器实现了多点扰动的定位，并且不存在双波长萨格奈克型干涉仪固有的缺陷。

(二)技术方案

为解决上述问题，本发明提供了一种光纤分布式扰动传感器的多点扰动定位方法，所述光纤分布式扰动传感器为基于双马赫-泽德干涉仪型光纤分布式扰动传感器，所述方法包括以下步骤：

S1：分别通过双马赫-泽德干涉仪的两个干涉仪得到第一输出信号和第二输出信号；