[发明专利]一种分布式光纤振动传感装置及提高定位精度的方法

权利要求书

1.一种分布式光纤振动传感装置，其特征在于：包括半导体激光器光源及驱动模块(1)、半导体放大调制器(2)、光纤放大器(3)、微光学光纤环形器(4)，传感光纤(5)，探测器模块(6)和计算机(7)；所述计算机(7)与半导体放大调制器(2)通过PCI-E(8)连接，半导体激光器光源及驱动模块(1)与半导体放大调制器(2)通过光纤连接，半导体放大调制器(2)与光纤放大器(3)用光纤连接，光纤放大器(3)与光纤环形器的输入端用光纤连接，微光学光纤环形器(4)的输出端通过光纤与传感光纤(5)连接，微光学光纤环形器(4)的返回端通过光纤与探测器模块(6)的PIN端(9)相连，探测器模块(6)通过PCI-E(8)与计算机(7)相连。

2.根据权利要求1所述的一种分布式光纤振动传感装置，其特征在于：光纤放大器(3)与光纤环形器的输入端用红色外膜的光纤连接。

3.根据权利要求1所述的一种分布式光纤振动传感装置，其特征在于：微光学光纤环形器(4)的输出端通过蓝色外膜的光纤与传感光纤(5)连接。

4.根据权利要求1所述的一种分布式光纤振动传感装置，其特征在于：微光学光纤环形器(4)的返回端通过白色外膜的光纤与探测器模块(6)的PIN端(9)相连。

5.根据权利要求1所述的一种分布式光纤振动传感装置，其特征在于：所述计算机(7)与半导体放大调制器(2)相互之间还通过ST光纤接口进行连接，计算机(7)和探测器模块(6)通过PCI-E.X8接口相连，半导体放大调制器(2)的同步电信号通过电线和PCI-E.X8外同步口连接。

6.根据权利要求1所述的一种分布式光纤振动传感装置，其特征在于：半导体激光器光源及驱动模块(1)为NKT光纤激光器驱动模块，半导体放大调制器(2)为以半导体光放大器SOA为核心器件的调制器，光纤放大器(3)为EDFA光纤放大器(3)，微光学光纤环形器(4)为单模光纤1X2光纤环形器。

7.一种分布式光纤振动传感装置提高定位精度的方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一：半导体放大调制器(2)预存[n,m,n,...m,n]奇数个元素的行向量S，n对应不大于10ns光脉冲，m对应不大于10ns的空闲；

步骤二：计算机(7)执行测量程序时，对半导体放大调制器(2)发出启动信号，调半导体放大调制器(2)重复输出行向量S调制激光脉冲注入光纤放大器(3)、光纤环形器和传感光纤(5)，传感光纤(5)上返回背散射瑞利光经过光纤环形器进入探测器模块(6)，探测器模块(6)与计算机(7)相连；半导体放大调制器(2)输出S时同步输出电脉冲开启A/D同步采集背散射瑞利光信息存储于计算机(7)的A/D缓冲区中，并且以流水线方式传入计算机(7)内存中。

步骤三：计算机(7)执行程序获取背散射瑞利光数据时，由于光脉冲不大于10ns，受激布里渊几乎不会发生且在受激拉曼发生前的传感光纤(5)上干涉初始相位差几乎恒定，解调每点的振动信息，根据振动峰值，光纤传感振动的对称性判断峰值落入S某个n对应位置，这样振动位置控制在光持续10ns内，表明定位精度小于1米。

8.如权利要求7所述的一种分布式光纤振动传感装置提高定位精度的方法，其特征在于：

光脉冲大于1ns时可以看成准连续振动系统，偏振影响可以不考虑，计算机(7)获得背散射瑞利光强I_r：

I_r＝I₀ζ△exp[-2αL](1+cos(f(t)+dθ))

其中振动分布特性f(t)、光纤长度L，入射光强I₀，ζ是散射系数，△是光放大增益，α是损耗系数，dθ是干涉的初始相位差；

根据测量光纤传感长度L，调整光发大器增益使dθ几乎恒定，I_r可展开为f(t)的贝塞尔函数，获得振动峰值。