[发明专利]基于差分脉冲序列的分布式光纤振动传感系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种分布式光纤振动传感系统，特别涉及一种基于差分脉冲序列的分布式光纤振动传感系统。

背景技术

振动量测量在工程领域具有潜在的运用价值，如结构健康监测、航空航天、石油化工、电力系统等安全监测。传统的振动测量方法如机械式测量法、电测量法，都存在灵敏度低、体积大、测量范围受放大器件限制等问题，并且传统的振动测量方法只能进行点式测量，在实际运用中受到限制，因此研制高性能的振动测量系统势在必行。

分布式光纤传感技术是指沿光纤传输路径上的外部信号以一定的方式对光纤中的光波进行不断的调制，以实现对被测量场的连续空间进行实时测量，光纤既是导光介质，同时作为传感元件，感应外界振动信号。

现有技术中基于光纤技术的振动传感系统研究已经非常广泛，但现有的测量手段都存在振动位置精确测量的同时较低频率的测量，或是较高频率的振动测量但空间分辨率较低的问题。为了适应现代大型基础设施健康监测的需求，势必要同时实现对长距离范围内高频振动信号的测量以及精确的位置判断，并且要一定程度降低系统成本。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种可实现对长距离范围内高频振动信号的测量以及精确的位置判断，并能在一定程度上降低系统成本的分布式光纤振动传感系统。

本发明所提供的一种基于差分脉冲序列的分布式光纤振动传感系统，用于对指定空间的振动进行感测，所述基于差分脉冲序列的分布式光纤振动传感系统包括：

光源、第一耦合器、第一声光调制器至第N声光调制器、(N-1)个延迟光纤、第二耦合器、掺铒光纤放大器、光滤波器、三端口环形器、长距离传感光纤、第三耦合器、光电探测器、高通滤波器、混频器、函数发生器、低通滤波器和数据采集卡，其中N为大于或等于2的自然数；所述长距离传感光纤铺设于被测的指定空间内，所述光源与第一耦合器的输入端光路连接，所述第一耦合器的第一至第N输出端分别与第一至第N声光调制器的输入端相连，所述第一耦合器的第(N+1)输出端与第二耦合器的第一输入端相连，所述第一声光调制器的输出端与第三耦合器的第一输入端相连，所述第二声光调制器至第N声光调制器的输出端分别对应与(N-1)个延迟光纤的输入端相连，所述(N-1)个延迟光纤的输出端分别对应与第三耦合器的第二至第N输入端相连，所述第三耦合器的输出端与掺铒光纤放大器的输入端相连，所述掺铒光纤放大器的输出端与光滤波器的输入端相连，所述光滤波器的输出端与三端口环形器的输入端相连，所述三端口环形器的收发复用端与第二耦合器的第二输入端相连，所述三端口环形器的输出端与长距离传感光纤的一端相连，所述第二耦合器的输出端与光电探测器的输出端相连，所述光电探测器的输出端与高通滤波器的输入端相连，所述高通滤波器的输出端与混频器的第一输入端相连，所述混频器的第二输入端与函数发生器相连，所述函数发生器还与第一声光调制器和第二声光调制器连接，所述混频器的输出端与低通滤波器的输入端相连，所述低通滤波器的输出端与数据采集卡相连。

其中，所述第一耦合器为1×(N+1)耦合器。

其中，所述第三耦合器为N×1耦合器。

为了进一步提高第二耦合器输出的信号的信噪比，上述基于差分脉冲序列的分布式光纤振动传感系统中的光电探测器采为平衡光电探测器，所述第二耦合器为2×2耦合器，所述第二耦合器的两个输出端与平衡光电探测器的两个输入端一一连接。

为了进一步提高上述基于差分脉冲序列的分布式光纤振动传感系统的精确性，所述函数发生器对第一至第N声光调制器的驱动参数一致；所述函数发生器连接混频器的第三端口所产生的余弦信号的频率为85MHz。

为了进一步提高上述基于差分脉冲序列的分布式光纤振动传感系统的精确性，所述(N-1)个延迟光纤的长度均不同，且每相邻的两个延迟光纤之间的长度差相同。

进一步的，所述N个声光调制器的移频均不相同，且每相邻的两个声光调制器之间的频移差相同。

本发明基于差分脉冲序列的分布式光纤振动传感系统采用差分脉冲序列技术，使得一列不同频率的窄脉冲光信号在一短时间差内先后进入长距离传感光纤，通过精确设置延迟光纤长度来控制差分时间，N个时差脉冲序列可以在一个采样周期内实现对振动事件的N次测量，由此增加采样点数从而提高系统频率响应，同时，上述系统采用外差解调法有利于提高解调信号信噪比，可同时实现对振动位置信号和较高振动频率信号的高精度检测。

附图说明