[发明专利]基于非对称式融合干涉仪的分布式光纤传感定位系统

权利要求书

1.一种基于非对称式融合干涉仪的分布式光纤传感定位系统，其特征在于，包括单芯反馈式干涉仪、单向环型干涉仪；其中：

所述单芯反馈式干涉仪包括：宽谱激光器(1)，第一光隔离器(2)，第一光电探测器(13)，第三光电探测器(15)，第一波分复用器(11)，第二波分复用器(12)，干涉单元(17)，传感光缆(6)，第三波分复用器(7)，法拉第旋转镜(9)；

所述单向环型干涉仪包括：宽谱激光器(1)，第一光隔离器(2)，第二光电探测器(14)，第四光电探测器(16)，第一波分复用器(11)，第二波分复用器(12)，干涉单元(17)，传感光缆(6)，第三波分复用器(7)，第二光纤延时线(8)和第二光隔离器(10)；

其中，所述干涉单元(17)具有一光注入接口(18)、第一光探测接口(19)、第二光探测接口(20)、第一传感光路接口(21)、第二传感光路接口(22)；

宽谱激光器(1)与第一光隔离器(2)相连接；经过光注入接口(18)与干涉单元(17)连接；

第一光电探测器(13)与第二光电探测器(14)分别与第一波分复用器(11)相连接；第一波分复用器(11)与干涉单元(17)的第一光探测接口(19)连接；

第三光电探测器(15)和第四光电探测器(16)分别与第二波分复用器(12)相连接；第二波分复用器(12)与干涉单元(17)的第二光探测接口(20)连接；

法拉第旋转镜(9)与第三波分复用器(7)连接；第三波分复用器(7)经过第二光纤延时线(8)与第二光隔离器(10)连接；第二光隔离器(10)与干涉单元(17)的第一传感光路接口(21)连接；

第三波分复用器通过传感光缆与干涉单元(17)的第二传感光路接口(22)连接；

第一光隔离器(2)用于消除进入宽谱激光器(1)的光学反射，四个光电探测器(13-16)用于光电转换；干涉单元(17)用于将四个光电探测器(13-16)光电转换的光和宽谱激光器(1)发射的光发生干涉，将传感光路中的光相位变化转变为光强度变化；单芯反馈式干涉仪与单向环型干涉仪共用同一个干涉单元(17)，以保证探测到的振动信号的一致性；单芯反馈式干涉仪的传感部分是传感光缆(6)，传感光经法拉第旋转镜(9)再反射回干涉单元(17)形成干涉，一次扰动在单芯反馈式干涉仪中产生两次相位调制；单向环型干涉仪的传感部分包括传感光缆(6)和第二光纤延时线(8)，第二光纤延时线(8)被封装屏蔽了外界振动，第二光隔离器(10)设置于干涉单元(17)的传感光路接口后，使传感光在传感光路中单向传输，一次扰动在单向环型干涉仪中只产生一次相位调制；第二光纤延时线(8)与传感光缆(6)的长度经过匹配，两个干涉仪中的光程相等。

2.根据权利要求1所述的基于非对称式融合干涉仪的分布式光纤传感定位系统，其特征在于，所述干涉单元(17)一路由3×3光纤耦合器(3)、第一光纤延时线(4)、2×2光纤耦合器(5)依次连接构成，另一路由3×3光纤耦合器(3)与2×2光纤耦合器(5)直接连接构成；它的光注入接口用来连接置于激光器(1)之后的第一光隔离器(2)，两个光探测接口(19、20)用来连接光电探测器，两个传感光路接口(21、22)用来连接后续的传感光路。

3.根据权利要求2所述的基于非对称式融合干涉仪的分布式光纤传感定位系统，其特征在于，传感光缆(6)的长度与第二光纤延时线(8)的长度进行匹配，二者长度差控制在3米以内。

4.一种基于权利要求3所述系统的基于非对称式融合干涉仪的分布式光纤传感定位算法，其特征在于，具体步骤如下：

用第一波分复用器和第二波分复用器分离单芯反馈式干涉仪和单向环型干涉仪的光信号，假设在距离法拉第旋转镜长度为L_x的位置施加扰动，则：

检测到的单芯反馈式干涉仪的两路干涉信号分别如下：

其中，E₀₁和E₀₃是光振幅，是扰动引起的相位变化，ψ是3×3耦合器的固定初始相位差；

检测到的单向环型干涉仪的两路干涉信号分别如下：

其中，E₀₂和E₀₄是光振幅，是扰动引起的相位变化，ψ是3×3耦合器的固定初始相位差；

同一扰动引发的两个干涉仪的相位变化和分别如下：

其中，L_d是第一光纤延时线的长度，L_x是从扰动发生位置到法拉第旋转镜的距离，c是真空中的光速，n是光纤的折射率；

将同一扰动产生的相位变化和进行相减运算，产生一个新的信号Δφ(t)，Δφ(t)与之间的时间延迟反映扰动发生的位置；将Δφ(t)与进行互相关运算，通过寻找互相关峰值的位置来计算出这两个信号之间的时间延迟τ_x，Δφ(t)的计算式如下：

通过对和Δφ(t)做互相关函数，获得时间延迟τ_x，获得扰动位置，计算公式如下：

L_x＝cτ_x/2n。