[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

说明书

本发明属于光纤传感技术领域，具体为基于非对称式融合干涉仪的分布式光纤传感定位系统。本发明系统融合了单芯反馈式干涉仪与单向环型干涉仪；两个干涉仪同时探测同一扰动，对解调出的相位信号进行相减处理，获得具有时间延迟的两路信号，通过互相关计算获得两路信号之间的时间延迟，即可计算出扰动位置，实现扰动定位。本发明系统可以提高干涉式长距离分布式传感的定位精度，使干涉式分布式光纤传感的定位精度更加接近反射式分布式光纤传感的定位精度，在干涉式传感器在长距离安防等领域有更大的应用优势。

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，具体涉及基于非对称式融合干涉仪的分布式光纤传感定位系统及算法。

背景技术

分布式光纤传感器具有抗电磁干扰、耐腐蚀、节能等优点，适合恶劣环境，可以用于周界安防、管线状态监测、结构安全监测等特殊领域，它主要包含反射式传感器与干涉式传感器两大类。反射式分布式光纤传感器以相位敏感光时域反射仪为主，它具有定位精度高的优点，但是所需的光电器件(窄线宽光源、调制器等)成本很高。干涉式分布式光纤传感器包括Sagnac、Michelson、Mach-Zender等干涉仪及它们的各类混合结构，优点包括灵敏度高、动态范围大、实现成本低，但是定位精度比反射式传感器低。本发明提出了一种新型干涉式分布式光纤传感系统，它基于单芯反馈式与单向环型的非对称融合干涉仪，因此具有传统干涉式传感器的优势，它通过相位解调及信号处理的方法，获得传感路径上的扰动并且在定位精度上比传统结构有了较大的提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够提高干涉式分布式光纤传感器定位精度的基于非对称式融合干涉仪的分布式光纤传感定位系统。

本发明是利用单芯反馈式与单向环型融合光纤干涉仪实现分布式光纤传感与定位，并提供一种基于该非对称式光纤干涉仪的传感与定位算法。本发明可以提高干涉式长距离分布式光纤传感系统的定位精度，使干涉式光纤传感定位系统的定位精度更接近反射式光纤传感定位系统的定位精度，解决了传统的长距离光纤干涉仪定位误差较大的问题。

本发明提供的基于非对称式融合干涉仪的分布式光纤传感定位系统，其结构如图1所示；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)。

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)的作用是将四个光电探测器(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，它的其中一种可能的结构如图2所示，干涉单元(17)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)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；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，这保证了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，实际起作用的部分也只有传感光缆(6)，第二光隔离器(10)设置于传感光路接口(21)后，使传感光在该环状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。