[發明專利]分布式光纖振動傳感器

有效

• 申請號: 201110008557.6
• 申請日: 2011-01-14
• 公開（公告）號: CN102168808A
• 公開（公告）日: 2011-08-31
• 發明（設計）人: 成倩;陳柏;陳嘉琳;李國揚;張承濤;陳宇;陳福昌;朱小龍;胡佳成
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: F17D5/02
• 分類號: F17D5/02
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純

技術領域

本發明涉及傳感器，特別是一種分布式光纖振動傳感器，該傳感器可以再現外界振動的變化和對振動點進行定位。

背景技術

管道傳輸具有經濟、安全、高效、穩定等優點，世界各地被廣泛應用于石油、天然氣、水等流體的輸送。由于受到腐蝕、地理和氣候變化、管道周圍施工以及人為破壞等因素的影響，管道泄漏時有發生。這不僅帶來重大的經濟損失，而且污染環境，因此，管道泄漏的及時發現和定位具有重要的現實意義。

分布式光纖傳感技術是近年來發展起來的新技術，具有耐腐蝕、靈敏度高、動態范圍大和可長距離連續監測的特點。通過對檢測信號的處理和分析，可以有效地檢測到管道泄漏或者相關邊界安全的情況，并且實現準確定位。

現階段大部分的光纖傳感系統不能復現外界機械振動干擾源的作用函數，或者有的可以復現，但是光路比較復雜，形成多路光輸出。這就增加了信號檢測電路的成本。還有的結構雖然能夠探測單點干擾并準確定位，但當多點同時發生干擾時，卻無法做出準確判定，不能滿足實時檢測的實際應用。為了防止偏振衰落現象發生采用了保偏光纖或者是偏振控制器，使得傳感系統的成本增加。

發明內容

本發明的主要的目的在于克服上述現有技術的不足，提供一種分布式光纖振動傳感器，該光纖傳感系統結構簡單，能夠實時地監控外界擾動的情況，并且解決了多點同時振動的定位問題，解調工作相對簡單，不使用保偏光纖，通過采用法拉第旋轉鏡，同樣可以補償由于雙折射引起的偏振衰落現象，可從而大大節約了成本。

本發明的技術解決方案如下：

一種分布式光纖振動傳感器，特點征在于其構成是基于賽格納克(Sagnac)干涉儀和雙馬赫-澤德(Mach-Zehnder)干涉儀的干涉原理的優化組合，構成包括信號處理裝置、第一傳感光纖、第二傳感光纖、第三傳感光纖、寬帶光源、窄帶光源、光環形器、第一光波分復用器、第二光波分復用器、第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器、第四耦合器、法拉第旋轉鏡、第一光電探測器、第二光電探測器、第三光電探測器和光隔離器；上述元部件的連接關系如下：

所述的寬帶光源經光環形器連接到第一光波分復用器的λ1端口，該第一光波分復用器波長復用端連接到第一耦合器的第一端口，在所述的第一耦合器的兩個端口和第二耦合器的兩個端口之間分別熔接有第一傳感光纖和第二傳感光纖，所述的第二耦合器的第三端口熔接第二光波分復用器的波長復用端口，由第二光波分復用器的λ1端口引出傳感光纖的末端設置所述的法拉第旋轉鏡，所述的第一耦合器的第四端口接第二光電探測器；

所述的光環形器的第三端口熔接第一光電探測器；

所述的窄帶光源通過光隔離器和第四耦合器的輸入端口相連，該第四耦合器的兩個輸出端口將所述的窄帶光源輸出的光分為兩束，其中一束接第一光波分復用器的λ2端口，另一束接第三耦合器的第一端口，在第三耦合器和第二光波分復用器的λ2端口之間連接第三傳感光纖；所述的第三耦合器第四端口接所述的第三光電探測器；

所述的第一光電探測器、第二光電探測器、第三光電探測器的輸出端都與所述的信號處理電路接收端相連。

所述的賽格納克干涉儀的光路構成是：寬帶光源的光經光環形器輸入第一光波分復用器的λ1端口，依次經由第一耦合器、第一傳感光纖、第二耦合器、第二光波分復用器、傳感光纖達到法拉第旋轉鏡，經該法拉第旋轉鏡反射后，再依次經由第二光波分復用器，第二耦合器、第二傳感光纖、第一耦合器、第一光波分復用器和光環形器，由第一光電探測器接收信號；另外一路光束是反向的，由寬帶光源射出的光先后經過光環形器，第一波分復用器、第一耦合器、第二傳感光纖、第二耦合器、第二波分復用器、傳感光纖達到法拉第旋轉鏡，經該法拉第旋轉鏡反射后，經第二光波分復用器、第二耦合器、第一傳感光纖、第一耦合器、第一波分復用器和光環形器，在該光環形器的第三端口發生干涉并由第一光電探測器探測，構成賽格納克干涉儀。

所述的雙馬赫-澤德干涉儀的光路構成是：所述的窄帶光源輸出的光經所述的光隔離器進入所述的第四耦合器，該第四耦合器將輸入的光分為兩束，其中一束進入第一波分復用器的λ2端口，通過第一耦合器分束，同時經第一傳感光纖和第二傳感光纖，再經第二耦合器、第二波分復用器、第三傳感光纖和第三耦合器進入第三光電探測器；另外一束光通過第三耦合器、第三傳感光纖、第二波分復用器、第二耦合器分束分別進入第一傳感光纖、第二傳感光纖，最后經由第一耦合器由第二光電探測器探測。