[發明專利]可用時間延遲估計的白光干涉定位監測裝置和方法

有效

• 申請號: 200910055814.4
• 申請日: 2009-07-31
• 公開（公告）號: CN101625257A
• 公開（公告）日: 2010-01-13
• 發明（設計）人: 賈波;肖倩;許海燕;徐鍥
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00;G02B6/28
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司
• 代理人: 陸 飛;盛志范

技術領域

本發明屬于光纖傳感技術領域，是一種光纖擾動定位監測裝置和方法，具體涉及一種 白光干涉光路結構，可通過時延估計方法從干涉信息中提取出擾動位置信息，實現定位功 能。

背景技術

光纖傳感器是以光學理論為基礎，將非光量轉化為光量進行測量。以光纖作為信息傳 遞媒介的傳感器具有一系列其他傳感器無法比擬的優點：不受電磁場干擾，能應用在強電 磁場的場合；不會產生電磁騷擾；感應端無需供電，使用、維護方便；耐腐蝕、本質安全 等等。全光纖定位監測就是光纖作為分布式傳感的一種典型應用。這種光纖定位監測系統 可以用來對通信光纜(包括海底光纜)、高壓電網、輸油管道、輸氣管道等基礎設施進行 的安全監測，是這些設施實現技術性功能的保障，也可用于周界的安全防范。特別是有些 系統結構可以實現實時監測，在對系統的破壞或侵擾實施伊始就發現該行為，避免造成重 大經濟損失。

在先技術之一，是基于光時域反射的定位監測技術，這種技術不能用來進行實時監測， 屬“亡羊補牢”式的事后檢測技術，當發現問題時，被監測設施已遭破壞，這種技術只能 減少而不能避免損失。在先技術之二，監測系統中構造兩個M-Z光纖干涉光路，兩路方 別傳輸相反方向的光波，測量擾動發生后，光信號在正反方向傳輸到檢測點的時間差，來 確定擾動發生的位置。但這種技術中使用的光源是激光光源，由于其時間相干性強，光纖 光路系統穩定性差。在先技術之三，是基于全光纖白光干涉系統的監測技術，在這種系統 中，干涉信號在某些相關頻率點會有缺失，從這些缺失的頻率點來判斷這些擾動發生的位 置。但是如果擾動源未激發出所需的頻率范圍，就無法獲得頻率缺失點，這種判斷方法就 會失效。圖1為利用頻率缺失點來進行定位監測的一種全光纖白光干涉系統結構。系統由 寬帶光源8、光纖分路器1、光纖延遲線5、光纖分路器2、單芯光纖6、反饋裝置15、探測 器9、10、信號處理單元19構成，該系統利用白光進行干涉。光路中存在一段單芯光纖6， 利用反饋裝置15的作用，使從光纖6傳輸的光經反饋裝置15作用后重新進入光纖6傳輸，獲 得的干涉信號從1的端口1b、1c輸出，進入探測器9、10。17是由光纖分路器1、2和光纖延 遲線5構成的干涉單元。

發明內容

本發明的目的在于提供一種光纖光路系統穩定性好，定位精度高的白光干涉定位監測 裝置與方法。

本發明通過構建白光干涉結構，獲得來自同一擾動源的兩種干涉信號，可采用時延估 計方法，對這兩種干涉信號進行處理，實現擾動點位置的確定。如圖2所示。

圖2中，包含干涉單元17、18。干涉單元17與圖1中的干涉單元相同，干涉單元18 與干涉單元17相同，是由光纖分路器11、光纖分路器12、光纖延遲線13構成。光纖分路 器1、11是3×3光纖分路器，光纖分路器2、12、3、4是2×2或2×1光纖分路器，3a、 3b、3c是分路器3的端口，4a、4b、4c是分路器4的端口。16是與15相同的反饋裝置， 14是光電轉換及信息處理單元。該處理單元14分別與光纖分路器1的1b、1c端口，光纖 分路器11的11b、11c端口連接；光纖分路器3的3a端口與光纖分路器2的2a端口連接， 光纖分路器4的4c端口與光纖分路器12的12a端口連接，光纖分路器3的3c端口通過光 纖6與光纖分路器4的4c端口連接；光纖分路器3的3b端口與反饋裝置16連接，光纖分 路器4的4b端口與反饋裝置15連接；光纖分路器1的1d端口與光纖分路器2的2c端口 連接，連接線上有光纖延遲線5；光纖分路器1的1f端口與光纖分路器2的2d端口連接； 光纖分路器11的11f端口與光纖分路器12的12d端口連接，光纖分路器11的11d端口與 光纖分路器12的12c端口連接，連接線上有關線延遲線13。端口1a、11a為光源輸入端 口，端口1b、1c、11b、11c是干涉信號輸出端口。

光源為寬帶光源，經下述兩條路徑I和II傳輸的光可以相干，形成一種干涉A，經端 口1b(或1c)輸出；

路徑I：1a→1d→5→2c→2a→3a→3c→6→4c→4b→15→4b→4c→6→3c→3a→2a →2d→1f；

路徑II：1a→1f→2d→2a→3a→3c→6→4c→4b→15→4b→4c→6→3c→3a→2a→2c →5→1d。

經下述兩條路徑III和IV傳輸的光可以相干，形成另一種的干涉B，經端口11b(或11c) 輸出：