[发明专利]一种针对微弱信号检测的光纤干涉方法及系统

摘要

本发明属于光纤传感技术领域，具体为一种针对微弱信号检测的光纤干涉方法及系统。本发明通过在干涉系统中引入相位调制器，在被测微弱信号带宽以外的某一频率引入大幅度的相位调制信号，间接使微弱信号达到发明装置的满幅，从而满足了基于耦合器的相位解调算法中必须使用满幅信号进行直流补偿和归一化的要求。同时，本发明提出一种精确计算耦合器初始相位的算法，避免了耦合器不对称造成初始相位不确定的问题，实现对相位信号的准确解调。本发明大大提高了光纤分布式干涉系统的普适性；可广泛应用于电力传输线，天然气管道和石油管道的安全监测领域；也可以应用于大型建筑物例如水坝，隧道，矿井等的安全监测。

主权项

1.一种针对微弱信号检测的光纤干涉方法，其特征在于：采用改进的基于3×3耦合器的相位还原算法，获得外界扰动引起的相位差信号，具体步骤如下：（1）在干涉系统中引入相位调制器，并在该相位调制器上加载大幅度的相位信号φcos(ωt)，使干涉信号达到干涉系统的满幅；（2）当监控线路D处有微弱信号扰动时，在光接收端产生的具有一定相位差的干涉信号，经过光电转换及直流滤除后，探测器及信号处理单元探测到的干涉信号的交流分量分别为：上式中，A(t)，B(t)为经两路放大器分别放大后所产生的幅度系数，φcos(ωt)为载波信号，为扰动信号对应的相位差，为3×3耦合器的初始相位；由于载波信号φcos(ωt)的变化达到干涉系统的满幅，因此可准确地获得I_PD1和I_PD2的最大值(I_PD1)_max，(I_PD2)_max和最小值(I_PD1)_min，(I_PD2)_min；对干涉信号进行直流补偿和归一化，得到：由此算出一个周期内的相位：（3）对进行计算，实现准确的初始相位解算，即：其中：[I'_PD1-I'_PD2]_max和[I'_PD1-I'_PD2]_min分别为I'_PD1-I'_PD2的最大值和最小值；经过以上改进的基于3×3耦合器的相位还原算法获得的相位信号经过周期拓展后，表示为：其中：[I'_PD1-I'_PD2]_max和[I'_PD1-I'_PD2]_min分别为I'_PD1-I'_PD2的最大值和最小值；（4）将相位还原后得到的高频相位信号通过低通滤波器将高频信号φcos(ωt)去除，从而得到