[发明专利]基于相位生成载波技术的分布式光纤传感系统

说明书

技术领域

本发明涉及分布式光纤传感领域，特别是用于测量动态振动或声信号的分布式光纤传感领域。

背景技术

分布式光纤传感技术是光纤传感的一个重要分支，利用光波在光纤中传输时相位、偏振、幅度、波长等对外界敏感的特性，可以连续实时地监测光纤附近的温度、应变、振动和声音等物理量，具有很好的应用前景，在光纤传感市场占据主要地位。

根据传感原理，分布式光纤传感技术主要可分为基于干涉原理和基于后向散射探测技术两类。前者利用M-Z型、Sagnac型以及复合型结构通过定位算法和解调算法得到相关位置信息和外界物理信息。后者利用背向散射光的偏振、光强、频移和相位等变化来测量外界物理量。常用类型包括相位敏感光时域反射型(Φ-OTDR)，偏振光时域反射型(P-OTDR)、布里渊光时域反射型(B-OTDR)、拉曼光时域反射型(R-OTDR)等。其中，Φ-OTDR适合长距离高空间分辨率的分布式振动或声传感，在周界安全、地震勘探、管道监测等方面有着显著优势。

Φ-OTDR技术是通过检测传感光纤中背向瑞利散射光的相位信号来实现分布式振动或声传感。当外界振动或声音作用于传感光纤某一位置时，该位置处的光纤将会感受到外界应力或应变的作用，引起光纤拉伸和折射率变化，进而引起导致背向散射光在传输时的相位发生变化，因此可以通过检测相位变化来实现对外界振动或声音的测量。一种常用的相位检测方法是采用外差正交相位解调技术。双平衡探测器将接收到的瑞利散射光与本地光的拍频信号转化为电流信号，通过数字相干检测瑞利信号的相位和幅度(“分布式光纤传感器及信息解调方法”，申请号201210099835.8)。本地光的稳定性对结果至关重要，特别是本地光的相位漂移，因此需要高稳定的窄相干光源作为本地光，或者采用滤波技术来减小相位漂移带来的影响(梁可桢等人，一种基于相位敏感光时域反射计的多参量振动传感器，中国激光，2012年)。另外，由于采用的是正交相位解调，因此要求外界振动信号引起的相位幅度变化不能高过2π弧度，所以外差正交解调技术对大信号的相位扰动探测能力有限，同时面临干涉相消衰落问题。此外，为了能有效检测外差信号，需要高速的数据采集设备(GS／s量级的采样率)，成本较高。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种基于相位生成载波技术的分布式光纤传感系统，解决干涉相消衰落问题，能够实现几十弧度的大信号相位检测。

本发明提供一种基于相位生成载波技术的分布式光纤传感系统，包括：

一窄线宽激光器；

一调制器，其输入端与窄线宽激光器的输出端连接；

一光隔离器，其输入端与调制器的输出端连接；

一掺铒光纤放大器，其输入端与光隔离器的输出端连接；

一环行器，其端口a与掺铒光纤放大器的输出端连接；

一光纤光栅，其与环行器的端口b连接；

一传感光纤，其与环行器的端口c连接；

一迈克尔逊干涉仪，其输入端与环行器的端口d连接；

一载波电路，其输出端与连接迈克尔逊干涉仪的电学接口连接；

一光电探测器，其输入端与迈克尔逊干涉仪的输出端连接；

一数据采集卡，其一输入端与光电探测器的输出端连接，另一输入端与载波电路的输出端连接；

一信号处理机，其输入端与数据采集卡的输出端连接；

一脉冲发生器，其输入端与数据采集卡的触发输入端连接，输出端与调制器的电学接口连接。

本发明的优点在于，采用相位生成载波技术来实现分布式光纤振动或声信号的测量，可有效实现大相位信号的动态测量，且能够消除相位相消衰落问题，无需GS／s采样率的高速数据采集设备，成本较低。

附图说明

为进一步说明本发明的具体技术内容，以下结合实例和附图对本发明作一详细的描述，其中：

图1是本发明提供的基于相位生成载波技术的分布式光纤传感系统的结构示意图。

图2是相位生成载波解调技术的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。