[發明專利]基于光纖偏振光時域反射傳感的振動監測結構及方法

無效

• 申請號: 200910034226.2
• 申請日: 2009-08-26
• 公開（公告）號: CN101639379A
• 公開（公告）日: 2010-02-03
• 發明（設計）人: 王順;張旭蘋;張益昕;謝飛
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司
• 代理人: 葉連生

技術領域

本發明是一種用于振動頻率和強度監測的傳感設備及方法，尤其是一種基于光纖偏振光時域反射傳感的具有分布式測量的振動監測專用設備及振動監測方法。

背景技術

在橋梁、管道的健康監測中，許多潛在的危險往往體現為某種機械振動形式。比如橋梁的搖晃，管道周圍施工機械的運動等。若能夠對振動情況進行在線監測，就可以實現對潛在危險的預警。

傳統的振動傳感器主要利用磁電效應和壓電效應將振動信號轉換為電信號進行測量。這種測量方式主要存在以下幾點不足：

首先，該測量方式只能支持單點或多個點進行串聯的準分布式測量，不能進行真正的分布式測量，在長距離、大空間范圍的測量應用場合，其空間分辨率和對微小振動的檢測靈敏度均會受到限制。

其次，該測量方式易受電磁干擾的影響，且傳感器本身易受腐蝕、在惡劣應用環境下壽命較短，使得該傳感方式的應用場合受到較大的限制。

基于光纖的光時域反射計(OTDR)檢測方式因為具有支持全分布式測量、抗電磁干擾、耐腐蝕、耐久性好等優點，在當前的健康檢測中，獲得了廣泛的應用。

但是普通的OTDR系統，在測量中關注的僅僅是光纖中背向散射光強度的變化，對于機械振動不敏感，難以應用到需要對機械振動進行檢測的場合中。但是光纖中背向散射光的偏振態對光纖外部的機械振動十分敏感。通過偏振光時域反射傳感(POTDR)檢測光纖中背向散射光的偏振態變化，就有可能實現對沿光纖分布的機械振動的分布式檢測。

當前使用的POTDR系統，在對偏振態的檢測中采用單路檢偏器檢測偏振光在單一方向上的投影值，當信號光偏振方向與投影方向的夾角接近90度時，其投影功率將會變得很小，從而使得檢測精度降低，一般稱這種情況為進入死區狀態。同時當前的POTDR系統對于散射光偏振態的檢測主要依靠遞推運算，其算法復雜，測量周期長，響應速度慢。

發明內容

技術問題：本發明所要解決的技術問題在于提供一種靈敏度高，能夠快速提供檢測結果的基于光纖偏振光時域反射傳感的振動監測結構及方法。

技術方案：本發明提供一種基于光纖偏振光時域反射傳感的振動監測結構，在結構上包括激光器，第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器、第四耦合器、第五耦合器，聲光調制器，起偏器，環形器，傳感光纖，第一檢偏器和第二檢偏器，第一探測器和第二探測器，第一低通濾波器和第二低通濾波器，第一模數轉換器和第二模數轉換器，FPGA，微處理器MCU；

當激光器為內調制激光器時，

激光器的輸出端接環形器的輸入端，環形器的輸出端接第三耦合器的輸入端，第三耦合器的輸出端分兩路，其中一路通過第一檢偏器接第一平衡探測器的第二輸入端，另一路通過第二檢偏器接第二探測器的第二輸入端，傳感光纖的一端接環形器；

第一探測器、第二探測器為非平衡式探測器，第一探測器的輸出端通過順序串聯連接的第一低通濾波器、第一模數轉換器接FPGA的第一輸入端；第二探測器的輸出端通過順序串聯連接的第二低通濾波器、第二模數轉換器接FPGA的第二輸入端，FPGA的輸出端接微處理器MCU。

當激光器為普通激光器時，第一探測器、第二探測器為平衡式探測器，

激光器的輸出端接第一耦合器，第一耦合器的輸出分兩路，其中第一路通過第二耦合器再分為兩支路，第一支路通過第四耦合器接第一探測器的第一輸入端，第二支路通過第五耦合器接第二探測器的第一輸入端；

第一耦合器輸出的另一路通過順序串聯連接的聲光調制器、起偏器、環形器接第三耦合器的輸入端，第三耦合器的輸出端分兩路，其中一路通過第一檢偏器接第一探測器的第二輸入端，另一路通過第二檢偏器接第二探測器的第二輸入端，傳感光纖的一端接環形器；

第一探測器的輸出端通過順序串聯連接的第一低通濾波器、第一模數轉換器接FPGA的第一輸入端；第二探測器的輸出端通過順序串聯連接的第二低通濾波器、第二模數轉換器接FPGA的第二輸入端，FPGA的輸出端接微處理器MCU。

在聲光調制器與環形器之間連接有起偏器。

基于光纖偏振光時域反射傳感的振動監測方法包括步驟：

步驟1：激光器發出功率恒定的連續光，通過耦合器分為兩路，其中一路通過耦合器分作兩路本振光，另一路通過聲光調制器的調制形成脈沖光，通過起偏器的起偏送入環行器，探測光通過環行器注入傳感光纖，