[发明专利]一种基于双光路的光纤振动传感系统及方法

权利要求书

1.一种基于双光路的光纤振动传感系统，其特征在于：包括激光光源(1)、脉冲调制器(2)、光放大器(3)、耦合器(4)、环行器(5、6)、传感光纤(7)、参考光纤(8)、耦合器(9)、光电探测器(10、11、12)，信号采集与处理系统(13)；所述激光光源(1)与脉冲调制器(2)的输入端相连，脉冲调制器(2)的输出端与光放大器(3)的输入端相连，光放大器(3)的输出端与耦合器(4)的1端口相连接，耦合器(4)的2端口与环行器(5)的1端口相连，环行器(5)的2端口与传感光纤(7)相连接，耦合器(4)的3端口与环行器(6)的1端口相连接，环行器(6)的2端口与参考光纤(8)相连接，环行器(5)的3端口与耦合器(9)的3端口相连接，环行器(6)的3端口与耦合器(9)的1端口相连接，耦合器(9)的4端口与光电探测器(10)相连接、5端口与光电探测器(11)相连接、6端口与光电探测器(12)相连接，光电探测器(10、11、12)与信号采集与处理系统(13)相连接，信号采集与处理系统(13)通过同轴电缆与脉冲调制器(2)相连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于双光路的光纤振动传感系统，其特征在于：所述激光光源(1)为普通激光源。

3.根据权利要求1所述的一种基于双光路的光纤振动传感系统，其特征在于：所述耦合器(4)为1x2耦合器；所述耦合器(9)为3x3耦合器，分光比为1：1：1，并且各路输出信号之间存在2π/3的相位差。

4.根据权利要求1所述的一种基于双光路的光纤振动传感系统，其特征在于：所述参考光纤(8)的长度大于等于传感光纤(7)的长度。

5.一种基于双光路的光纤振动传感方法，其特征在于，如下步骤：

(1)激光光源(1)发出连续光经过脉冲调制器(2)调制为光脉冲信号；

(2)脉冲调制器(2)发出光脉冲信号经过放大器(3)进行功率放大后通过耦合器(4)分成两路光；

(3)一路光经过环形器(5)注入传感光纤(7),另一路光通过环形器(6)注入参考光纤(8)，产生两路后向瑞利散射光；

(4)两路后向瑞利散射光分别进入耦合器(9)输出三路存在相位差的光信号，得到三路光信号的光强信号；

(5)光电探测器(10、11、12)将三路存在相位差的光信号的光强信号转换为电信号传输给信号采集与处理系统(13)进行信息采集和处理，实现了多振动点的同时检测，并通过传感光纤(7)和参考光纤(8)各个位置点产生的后向瑞利散射到达光电探测器的时域信号的时间点，将时域信号的时间点映射到传感光纤(7)和参考光纤(8)上的各个位置点，实现振动事件的定位；

(6)通过相位解调算法得到各个位置点上振动事件的相位信号，并通过得到的相位信号得到各个振动点处的相位变化，实现分布式传感。

6.根据权利要求5所述的一种基于双光路的光纤振动传感方法，其特征在于：所述步骤(4)中的相位差为2π/3。

7.根据权利要求5所述的一种基于双光路的光纤振动传感方法，其特征在于，所述步骤(4)中，得到三路光信号的光强信号可表示为如下：

其中，z_k为传感光纤和参考光纤的各个位置点，为z_k外界振动导致的瑞利散射光的相位变化，I为输入耦合器的瑞利散射光强度，i为虚数单位，Re为取实部运算，k表示序号。