[发明专利]一种用于光纤传感高频扰动定位与检测的装置

说明书

本发明公开了一种用于光纤传感高频扰动定位与检测的装置，传统光时域反射系统对传感距离，定位精度，测频范围有很大提升，但依然无法识别更高频率的扰动信号。本发明针对现有技术难以实现对高频扰动事件的频率检测，提出利用相干光时域反射技术与干涉仪技术相结合的方法，同时实现对扰动点的定位与高频信号的检测。第一激光器和第二激光器分别发出波长为λ₁和λ₂的连续光，通过波分复用技术同时注入传感光纤，λ₁，λ2两种波长的干涉中携带扰动信息与频率信息。对λ₁波长的干涉信号进行正交解调，得到信号的幅度信息，然后对λ₁波长的干涉信号做方差处理得到外界扰动的位置信息；对λ₂波长的干涉信号进行相位解调得到外界扰动的频率信息。

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，尤其涉及一种基于光纤传感器的高频扰动事件探测和定位的装置，具体涉及一种相干光时域反射与马赫-曾德干涉仪相融合的波分/频分复用光纤传感系统，该技术可通过相干光时域反射光路实现扰动点的高分辨率空间定位，可通过马赫-曾德干涉仪光路实现高频扰动波形的检测。

背景技术

光纤传感器以光纤作为信息传输的媒介与传感元件本身，具有其他传感器无法比拟的优点，如灵敏度高、抗电磁干扰能力强、防爆防水、绝缘性好、重量轻体积小易于集成，便于与光纤传输系统组成遥测网络等优点，被广泛应用于电力系统，石油化工，航空航天，生医生化等方面。而分布式光纤传感器能够实现对沿光纤分布的物理量进行测量，从而获得被测物理量在时间和空间上的信息分布，因此被更广泛的应用在围栏报警，管道泄漏，测井技术，建筑物健康监测等领域。它是利用外界干扰温度，压力，弯曲，辐射等改变光纤中光的振幅，波长，相位，偏振态和频率等信息，通过对变化的光信号的探测来判断外界的干扰信息。

分布式光纤传感器的主要分为两大类：基于光时域反射技术OTDR结构的分布式传感系统和基于干涉仪原理的分布式传感系统。高性能激光器窄线宽，极小频率漂移的使用，提高了OTDR类对扰动点的定位能力，可以达到很高的空间分辨率，是目前研究最多，应用最广的传感方法。然而在实际应用中，通常采用平均法来提高灵敏度，虽然提高了定位的信噪比，但是会急剧降低系统可探测的频率范围。干涉仪传感系统中，由于基于相位调制原理，干涉信号中携带有信号的频率信息及信号的作用位置信息，为了从中分离出信号的位置信息，提出了采用复合干涉结构实现定位的干涉型分布式光纤传感系统。干涉仪系统是灵敏度最高，最前沿的方法。对于更优越性能的传感系统的需求被不断提出。

在传统的光时域反射系统中，通过频分复用，相干检测，滑动平均等技术，系统的性能在传感距离，定位精度，测频范围都有很大提升，但是依然无法识别更高频率的扰动信号。在干涉仪传感系统中，已经实现了对钢桥等建筑物的初期裂纹的高频识别，但关于扰动点的定位大多是两种干涉仪结合的系统，信号解调复杂，分辨率不高。因此，提出了利用相干光时域反射技术与干涉仪技术相结合的结构方法，用以实现对扰动点的定位与高频信号的检测。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对现有传感技术难以实现对高频扰动事件的频率检测，提出同时实现高频检测与定位的传感装置。

本发明采用的技术方案为：

一种用于光纤传感高频扰动定位与检测的装置，包括：第一激光器1，第一耦合器2，声光调制器3，掺铒光纤放大器4，第一可调谐衰减器5，第一波分复用器6，第二波分复用器7，第二激光器8，第二耦合器9，第二可调谐衰减器10，环形器11，传感光纤12，布拉格光纤光栅13，第三耦合器14，光平衡探测器15，数据采集卡16和计算机17；