[發(fā)明專利]一種精確定位型光纖分布式振動傳感器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010208965.1
• 申請日: 2010-06-25
• 公開（公告）號: CN101852645A
• 公開（公告）日: 2010-10-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 林明霞
• 申請（專利權(quán)）人: 北京奧普科達科技有限公司
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光電傳感技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種精確定位型光纖分布式振動傳感器。

背景技術(shù)

光纖分布式傳感器能測量整個光纖長度上隨時間變化的振動信息，它具有靈敏度高、檢測距離遠、抗電磁干擾能力強、安裝后易維護等優(yōu)點，因此在長距離光纜保護，輸油管道監(jiān)測和其它結(jié)構(gòu)監(jiān)測領(lǐng)域的具有重要意義。

目前，根據(jù)工作原理的區(qū)別，光纖分布式傳感器可以分為雙干涉儀型、光時域反射計型，強度調(diào)制型以及散射型等四種。其中，雙干涉儀型光纖分布式傳感器具有實現(xiàn)原理簡單、靈敏度高、器件成本低、適于長距離傳感用等優(yōu)良特性，已經(jīng)成為應(yīng)用最為廣泛的光纖分布式振動傳感器。

雙干涉儀型光纖分布式振動傳感器采用雙干涉儀結(jié)構(gòu)，較為典型的有基于雙馬赫澤德干涉儀型光纖分布式振動傳感器和薩格奈克-馬赫澤德干涉儀型光纖分布式振動傳感器。

圖1所示為現(xiàn)有的雙馬赫澤德干涉儀型光纖分布式振動傳感器的光路原理圖，該傳感器包括：光源10、第一耦合器11、第二耦合器12、第三耦合器13、第四耦合器14、第一光電探測器15、第二光電探測器16以及分別連接于第二耦合器12和第三耦合器13的兩個耦合臂之間的傳感臂17和參考臂18，此外，第三耦合器13的一個耦合臂和第四耦合器14的一個耦合臂通過傳感光纖19相連接。光源10發(fā)出的光經(jīng)第一耦合器11分光后，第一耦合器11的耦合臂101和耦合臂102分別輸出第一光束和第二光束。所述第一光束經(jīng)過第二耦合器12分為兩束光后分別注入傳感臂17和參考臂18，最后傳感臂17和參考臂18的輸出光在第三耦合器13處發(fā)生干涉得到第一干涉光；所述第一干涉光依次通過傳感光纖19和第四耦合器14后由第一光電探測器15接收，構(gòu)成了第一個干涉儀。所述第一耦合器11輸出的第二光束依次經(jīng)過第四耦合器14和傳感光纖19傳輸后注入第三耦合器13，第三耦合器13將所述第二光束分光后使其分別經(jīng)傳感臂17和參考臂18傳輸后在第二耦合器12處發(fā)生干涉得到第二干涉光，最后第二干涉光由第二光電探測器16接收，構(gòu)成了第二個干涉儀。

圖1所示光路中的傳感臂17、參考臂18和傳感光纖19采用相同的單模光纖。若有振動信號施加在傳感臂17上，可將看做一相位調(diào)制信號，則圖1所示傳感器中的兩個干涉儀會受到相同信號的相位調(diào)制，但由于兩個干涉儀中相位調(diào)制信號的作用位置距離光電探測器的光纖長度有所差別，因此該調(diào)制信號到達兩個光電探測器的時間不同。如圖1所示，假設(shè)振動發(fā)生在傳感臂17上距離第二耦合器12為x的位置處，傳感臂17長為La，傳感光纖19長為Lc，則第一個干涉儀中的調(diào)制信號到達第一光電探測器15走過的光程為La-x+Lc，第二個干涉儀中的調(diào)制信號到達第二光電探測器16走過的光程為x，調(diào)制信號在第一個干涉儀中到達第一光電探測器15的時間為t₁，調(diào)制信號在第二個干涉儀中到達第二光電探測器16的時間為t₂，則調(diào)制信號在兩個干涉儀中達到光電探測器的時間差為：

Δt=t1-t2=n(La+Lc-2x)c---(1)]]>

其中，n為傳感臂17和傳感光纖19的纖芯的有效折射率，c為光在真空中的速度，且第一耦合器11與第二耦合器12、第四耦合器14之間可緊密連接，因此第一耦合器11與第二耦合器12、第四耦合器14之間的連接距離可視為零。顯然，為了準確定位振動信號作用的位置，只需測量Δt，即可通過下式(2)計算出振動位置x：