[发明专利]一种基于频分复用技术的高频振动测量分布式光纤传感系统

摘要

本发明公开了一种基于频分复用技术的高频振动测量分布式光纤传感系统。将相位敏感光时域反射系统与马赫曾德尔干涉仪结构结合，利用相位敏感的光时域反射技术进行定位，用马赫曾德尔干涉仪实现高频振动测量，并采用频谱映射的方法将振动位置和振动频率对应起来形成基于频分复用技术的高频振动测量分布式光纤传感系统。实现更长距离的传感；在简单时序控制和解调方法的基础上解决了系统定位信噪比受频率测量灵敏度影响的问题；去除了系统在测量频带上存在的频率盲区；实现了高频多点振动的定位和频率测量。本装置工作稳定，在多次测量中都能准确的测量出振动的位置和频率。在低造价的情况下实现了多点高频振动的准确定位和频率测量。

主权项

1.一种基于频分复用技术的高频振动测量分布式光纤传感系统，其特征在于，将相位敏感光时域反射系统与马赫曾德尔干涉仪结构结合，利用相位敏感的光时域反射技术进行定位，用马赫曾德尔干涉仪实现高频振动测量，并采用频谱映射的方法将振动位置和振动频率对应起来，欠采样所呈现出来的频率值与过采样所获得的真实频率值之间的数理关系为：f_display＝|f_real‑k·f_s|(k∈z,|f_real‑k·f_s|＜f_s/2)，频率对应强度之间的关系为：这种方法能将二者联系起来从而实现呈现出来的假频率与真实频率值的映射，实现多点高频信号的测量；形成基于频分复用技术的高频振动测量分布式光纤传感系统；系统由光路和电路两部分组成：窄线宽激光器(1)输出的连续光经光耦合器(2)后分为三路，第一路为马赫曾德尔干涉仪结构的连续探测光，经第一偏振控制器(3)调节光偏振态后通过隔离器(13)注入传感光纤中；第二路连续光由第二偏振控制器(4)调节偏振态后用电脉冲信号发生器(6)将电脉冲通过声光调制器驱动器(7)驱动声光调制器(8)，将连续光调制为脉冲光之后经脉冲式掺铒光纤放大器(9)放大探测光后经环形器(10)将放大后的光信号通过光纤光栅滤波器(11)滤除ASE噪声后注入到传感光纤(12)中；第三路连续光信号通过第三偏振控制器(5)和参考光纤(14)后与耦合器(15)连接；脉冲光在光纤中传输过程中产生的后向散射光和马赫曾德尔干涉仪的连续探测光通过环形器(10)的4口输出，输出光信号与本地光在耦合器(15)处耦合，然后经平衡光电探测器(16)进行拍频，拍频信号中有两个频率的电信号，马赫曾德尔干涉仪结构获得的电信号为低频信号；相位光时域反射信号为中频信号，并且该中频信号频率由声光调制器(8)引入的频移决定，拍频信号经过电低噪放大器(17)放大后采用3dB电功分器(18)将电信号分为两路，上面一路经过低通滤波器(19)后用数据采集卡(21)采集，下面一路经过带通滤波器(20)滤波之后由数据采集卡(21)采集，最后数据交由上位机(22)处理获得测量结果；光耦合器(2)的分光比为0.1:90：9.9，保证连续探测光与本地光的光功率比小于1:99；所述马赫曾德尔干涉仪结构采用的连续探测光频率为f,相位敏感的光时域反射系统采用的脉冲探测光频率通过声光调制器(8)引入一个频移Δf，探测光频率为f+Δf；平衡光电探测器(16)的电带宽大于Δf，Δf为声光调制器(8)引入的频移值；系统采用平衡马赫曾德尔干涉仪结构，参考光纤(14)的长度等于传感光纤(12)的长度；低通滤波器(19)的截止频率与带通滤波器(20)的下截止频率需要一个较大频带间隔，不能有混叠部分。