[发明专利]基于双光纤光栅阵列的振动监测系统及方法

说明书

本发明涉及一种基于双光纤光栅阵列的振动监测系统，窄线宽激光器、脉冲光调制器、脉冲光放大器和光滤波器依次连接，光滤波器的输出端连接环形器的第一通信端，环形器的第二通信端连接耦合器的前侧第一通信端，耦合器的后侧第一通信端打结停用，环形器的第三通信端连接嵌入式信号处理器的第一信号输入端，耦合器的前侧第二通信端连接嵌入式信号处理器的第二信号输入端，耦合器的前侧第三通信端连接嵌入式信号处理器的第三信号输入端，耦合器的后侧第二通信端连接双光纤光栅阵列的第一光纤，耦合器的后侧第三通信端连接双光纤光栅阵列的第二光纤。本发明在不增加硬件成本的前提下，更真实的还原振动信号。

技术领域

本发明涉及光纤光栅传感技术领域，具体涉及一种基于双光纤光栅阵列的振动监测系统及方法。

背景技术

随着振动传感监测技术的发展，工程上对振动信号的监测不断提出了高精度、高灵敏度的测试要求，对振动信号进行长时监测已经成为工程界的目标之一，研发高性能的振动监测系统势在必行。光纤光栅传感技术的出现，与振动监测技术的需求不谋而合，相比于传统的机械式、压电式、磁电式等传感器，光纤光栅传感器具有体积小、质量轻、柔性好、抗电磁干扰能力强、精度高、动态范围宽等一系列优点，能实现高分辨能力、高信噪比、高可信度、长期稳定的实时监测功能，在石油、土木、海洋、航空、航天、机械等领域中具有广阔的应用前景。

传统的分布式光纤振动传感方法分为基于瑞利散射以及光纤光栅反射两种，其中光纤光栅反射的分布式振动信号因其信噪比高，灵敏度高，对温度容忍能力强等优势被广泛应用。基于光纤光栅的分布式振动监测方法是将振动引起的相邻两个光栅之间全部光纤长度的变化转化为干涉光信号的相位变化，从而对干涉信号的相位解调得到振动信号。

理论上分析，光栅间的光纤越长，对外界的感知能力越强，系统的灵敏度越高。但是在实际应用中，由于光纤上每一小段上长度的变化都将引起干涉信号的相位变化，最终得到的相位变化是光栅间整段光纤上长度变化的累加，当振动波信号传到光纤上的每个点时，该点处的响应会随距离产生延迟，因此检测到的信号会出现振动抵消的可能性。随着光纤长度的增加，外界噪声对光纤长度的影响远远大于振动源的影响，从而造成系统的信噪比变差。光源的频率不稳定性引入的相位噪声也会随光纤长度的增长而增加。为避免上述情况的发生，可以降低光栅之间的间隔，然而这种方法又会受到诸如脉冲信号的脉宽、硬件电路的带宽、信号采集的采样率、数据传输的速率等硬件电路限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于双光纤光栅阵列的振动监测系统及方法，本发明在不增加硬件成本的前提下，更真实的还原振动信号，提高系统信噪比，同时利用嵌入式系统在信号采集的过程中进行数据的预处理提高系统的动态范围。

为解决上述技术问题，本发明所设计的基于双光纤光栅阵列的振动监测系统，其特征在于：它包括窄线宽激光器、脉冲光调制器、脉冲光放大器、光滤波器、环形器、耦合器、双光纤光栅阵列和嵌入式信号处理器，其中，窄线宽激光器的连续光信号输出端连接脉冲光调制器的输入端，脉冲光调制器的脉冲光信号输出端连接脉冲光放大器的输入端，脉冲光放大器的输出端连接光滤波器的输入端，光滤波器的输出端连接环形器的第一通信端，环形器的第二通信端连接耦合器的前侧第一通信端，耦合器的后侧第一通信端打结停用，环形器的第三通信端连接嵌入式信号处理器的第一信号输入端，耦合器的前侧第二通信端连接嵌入式信号处理器的第二信号输入端，耦合器的前侧第三通信端连接嵌入式信号处理器的第三信号输入端，耦合器的后侧第二通信端连接双光纤光栅阵列的第二光纤光栅阵列，耦合器的后侧第三通信端连接双光纤光栅阵列的第二光纤光栅阵列。