[发明专利]脉冲调制及解调模块及分布式光纤振动传感定位方法

说明书

脉冲调制及解调模块及分布式光纤振动传感定位方法。本发明公开一种脉冲调制及解调模块，包括双马赫曾德光纤干涉仪和解调模块，其中所述双马赫曾德光纤干涉仪包括两个结构相同的脉冲延时装置，所述脉冲延时装置的一端分别连接各自的环形器，另一端通过传感光纤相互连接；脉冲序列在经过两个脉冲延时装置后产生四个脉冲序列，两两干涉，噪声光脉冲序列和信号光脉冲序列时域完全错开，从而分离不能发生干涉的噪声光；所述解调模块直接剪切未发生干涉的脉冲序列，对剩下发生干涉的脉冲信号滤除直流分量后，对两路干涉信号进行互相关以获得其到达各自光电探测器的时间差，从而获得振动事件的位置。本发明还公开了利用所述脉冲调制及解调模块的定位方法。

技术领域

本发明属于传感及检测技术领域，特别涉及一种基于共路干涉的脉冲调制及解调模块及分布式光纤振动传感定位方法。

背景技术

分布式光纤振动传感技术利用单一光纤链路检测光纤沿线振动事件的位置信息和模式类别。相对于传统的电磁传感技术，分布式光纤振动传感技术具有抗电磁干扰、灵敏度高等特点，可以在更为广阔和恶劣的环境发挥显著可靠的作用。在分布式光纤振动传感技术中，传感光纤同时负责感知振动和传递信号，其沿线每一个点都可以作为监测点监测振动。现在分布式光纤振动传感技术已被广泛应用于周界安防检测、油管检测、大坝故障检测等诸多关键领域，节约了大量检测成本，创造了可观的经济利益。分布式光纤振动传感技术主要有定位精度和频率响应两个技术指标。其中定位精度和找出故障位置所需要的成本直接相关，是研究者提升系统性能的重点关注对象。由于分布式光纤振动传感系统的应用环境复杂，通常会受到沿线周边噪声的影响。光纤中光信号的相位、振幅等信息会因此发生对应的漂移，严重影响系统的定位精度等关键性能指标。

分布式光纤振动传感系统依据其传感原理可以分为背向散射型振动传感系统和干涉型振动传感系统。背向散射型光纤振动传感系统通过在传感光纤中注入窄线宽的脉冲光信号获取各种散射信号诸如瑞利散射、布里渊散射等。光纤沿路不同位置的散射情况不同。振动位置可通过观察不同位置散射变化的剧烈程度得知。干涉型振动传感系统通过搭建各种干涉仪如迈克尔逊干涉仪，马赫曾德干涉仪等实现振动传感。施加在光纤上的振动信号会导致光纤内传输光信号的相位变化，进而引起干涉光强发生变化，由此判定是否发生振动传感。在干涉型传感系统中，振动事件的定位信息主要通过搭建正反向两个干涉仪，对探测的振动传感信号进行互相关运算求解。振动相位信息沿传感系统正向和反向传播的时间不同，通过对正反向干涉仪产生的两个干涉信号做互相关求出时间差，就能计算出振动事件作用在传感光纤上的具体位置。互相关算法求时间差的准确性取决于两信号形状的一致性。当正反向干涉仪完全对称时，求出的振动位置信息完全正确。但由于信号干涉过程中，干涉仪两干涉臂之间会因为环境的干扰出现相位漂移的现象，正反向干涉仪将不再保持完全对称。这导致两个干涉信号的波形形状产生较大差异，互相关运算也会出现较大的定位误差。相位漂移由沿路噪声、光纤偏振态变化等诸多因素产生。解决方案包括高通滤波、调偏控制器调偏、法拉第旋光镜抑制偏振衰落，共路光学结构等。共路光学结构成本较低，但由于使用宽谱光源，无法干涉的噪声光和信号光混叠，噪声较大，也会影响定位精度，限制其实际应用。其他上述方法可以一定程度上解决上述问题，但存在不能持续有效抑制相位漂移、硬件成本较高等劣势。上述原因限制了这些方法在实际中的应用。

鉴于以上分析，设计一种结构简单、成本较低、定位精度高且长期有效抗相位漂移且保证低噪声的分布式光纤振动传感系统对提高系统稳定性并拓展其在振动传感领域的应用具有迫切的实际意义和重要价值。

发明内容

本发明的目的是解决现有干涉型分布式光纤共路型传感系统噪声引起定位误差的问题，为更好的实现工程化应用，保证系统稳定性，提供了一种基于共路干涉的脉冲调制及解调模块及分布式光纤振动传感低噪声定位方法。利用延时光纤和声光调制器在传感光纤中产生有传输时延的脉冲序列，实现携带不同时间段振动信号信息的脉冲光信号干涉，并在时域上实现了信号光与噪声光的分离。