[发明专利]具有宽频感测能力的连续分布式光纤振动传感装置及方法

说明书

本发明公开了一种具有宽频感测能力的连续分布式光纤振动传感装置，包括脉冲发生器、第一激光器、第二激光器、脉冲调制器、掺铒光纤放大器、第一波分复用器、光环行器、探测光纤、第二波分复用器、第一光电探测器、第二光电探测器和信号采集卡。本发明还公开了一种具有宽频感测能力的连续分布式光纤振动传感装置的探测方法，本发明通过对连续光和脉冲光产生的后向瑞利散射光解调，实现对振动的宽频感测以及事件定位。

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，特别是一种具有宽频感测能力的连续分布式光纤振动传感装置及方法。

背景技术

随着国民经济的发展，我国已进入大型基础设施的大规模建设阶段，其中主要包括地下传输系统（如给排水管道、燃气管道、煤炭传输系统），轨道交通系统（如高铁轨道、地铁轨道、轻轨轨道）和大型土木建设（如大型桥梁）等，因此在实际应用中需要对这些超长距离、大规模基础设施的结构健康状态进行监测，开发研制可靠的大型基础设施的监测系统已成为现今研究的热点。

而对这些大型基础设施的健康监测，不仅要求监测系统能够及时发现故障、快速而精确的定位事故发生地，并且需要能够根据故障特征识别故障类型。这些大型基础设施的故障通常表现为振动事件，很多应用场合的故障频率高达十几兆赫兹，比如大型建筑中材料的突然断裂、管道壁裂缝等，这就需要监测系统具有较宽的探测频率范围。

目前，Φ-OTDR是已报道的基于光时域反射计技术的分布式振动传感系统中应用最广泛的振动监测系统，但其频率响应范围受到监测距离的限制，存在频谱折叠现象，无法准确探测高频事件；而基于干涉原理的光纤分布式振动传感系统虽然具有可探测频率范围宽的优势，但是很难实现振动定位，且干涉仪结构无法做到单端监测，这给实际工程应用带来很多不便。因此，已有研究团队针对以上应用需求，提出将Φ-OTDR与干涉仪结构相结合，用以实现对振动的位置以及频率的同时感测，南京大学的Yixin Zhang、Lan Xia等在《Ahybrid single-end-access MZI and Φ-OTDR vibration sensing system with highfrequency response》中使用MZI和Φ-OTDR的融合系统实现振动事件的宽频感测，且同时得到振动事件的位置信息。融合系统中利用干涉仪结构实现宽频振动感测，但是这个结构需要在光纤末端连接一个反射镜，将连续光反射回前端发生干涉效应，这在安装和损坏后修复复杂过程复杂，对操作人员要求高，难以在工程上推广应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种具有宽频感测能力的连续分布式光纤振动传感装置及方法，可以同时实现高空间分辨率以及宽频振动测量；并且可以根据振动信号本身固有的频率特征来识别事件类型，提高振动事件的识别率。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

根据本发明提出的一种具有宽频感测能力的连续分布式光纤振动传感装置，包括脉冲发生器、第一激光器、第二激光器、脉冲调制器、掺铒光纤放大器、第一波分复用器、光环行器、探测光纤、第二波分复用器、第一光电探测器、第二光电探测器和信号采集卡；其中，

脉冲发生器，用于产生调制脉冲、触发脉冲；调制脉冲输入至脉冲调制器，触发脉冲输入至信号采集卡；

第一激光器，用于产生第一连续模式窄线宽激光，并将其输出至第一波分复用器；

第二激光器，用于产生第二连续模式窄线宽激光，并将其输出至脉冲调制器；

脉冲调制器，用于根据接收的调制脉冲，将第二连续模式窄线宽激光转换为脉冲光输出至掺铒光纤放大器；

掺铒光纤放大器，用于将脉冲光放大后输出至第一波分复用器；

第一波分复用器，用于将第一连续模式窄线宽激光和放大后的脉冲光通过两个不同通道进行复用，输出探测光至光环行器；